Департамент электронной инженерии – Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
О департаменте
Департамент электронной инженерии создан в 2015 году. В научной деятельности мы ориентированы на поиск наиболее эффективных инженерных решений в области электроники и наноэлектроники, физики конденсированного состояния, инфокоммуникационных устройств и систем связи, интеллектуального управления техническими системами. Мы участвуем в реализации образовательных программ для приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в России:
- «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», «Информационная безопасность» (бакалавриат)
- «Прикладная электроника и фотоника», «Интернет вещей и киберфизические системы», «Информационная безопасность киберфизических систем», «Кибербезопасность» (магистратура).
Публикации
Comparison of Monocular ROS-Based Visual SLAM Methods
Safarova L.
In bk.: Interactive Collaborative Robotics: 7th International Conference, ICR 2022, Fuzhou, China, December 16-18, 2022. Springer, 2022. Springer, 2022. P. 81-92.
Избранное
Для кого: для студентов бакалавриата и магистратуры Вышки
Сроки: до 16 февраля 2023 года
12 марта в Высшей школе экономики пройдет Общеуниверситетский день открытых дверей для абитуриентов бакалавриата и специалитета. Презентации факультетов и кампусов, выступление Приемной комиссии, активности студенческих организаций, экскурсия по историческим зданиям университета и многое другое — в корпусе на Покровском бульваре. Для участия необходима регистрация.
Тематика — цифровые технологии и цифровая трансформация
Подать заявку можно до 27 февраля
Квантовый компьютер стал ещё ближе
В учебном центре «Вороново» прошла стратегическая сессия МИЭМ, главной целью которой стала разработка комплексной программы развития платформы проектного инженерного образования в институте.
1 февраля открылся прием заявок на участие в конкурсе «Раннее приглашение к поступлению», который предоставляет возможность стать студентом магистратуры НИУ ВШЭ раньше, чем начнется основной этап приемной кампании. Новостная служба «Вышка.Главное» знакомит с правилами участия и рассказывает, что получают победители.
Стартовал прием заявок на третий Конкурс лучших русскоязычных научных и научно-популярных работ работников НИУ ВШЭ. Он проводится по двум номинациям: лучшая научная публикация и лучший научно-популярный проект. Планируется поддержать до 100 работ по разным научным направлениям. Имена победителей в этом году будут объявлены на торжественной церемонии в День русского языка, 6 июня.
Все новости
От облысения до нарушения сна: как электромагнитное излучение воздействует на человека
— Что представляет собой электромагнитное излучение в современных городах, из чего оно складывается?
— Электромагнитная волна имеет двойную природу.
С одной стороны, это поле, которое распространяется в пространстве, с другой — это элементарные частицы (кванты или корпускулы). Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью света. Видимый глазом свет — это тоже электромагнитная волна определенной длины. Любая электромагнитная волна (поле) — это энергия, которая может оказывать воздействие на организм человека.
Воздействие электромагнитного излучения зависит от мощности передатчика, который его генерирует. В соответствии с законом физики мощность электромагнитного поля обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника. В первую очередь, из этого вытекает один из основных гигиенических законов — защита расстоянием. Если увеличить расстояние до источника в два раза, поле уменьшится в четыре. Поэтому нужно стараться быть как можно дальше от источников.
— Все бытовые приборы генерируют электромагнитное поле?
— Абсолютно все. Мы отдельно выделяем электромагнитное излучение промышленной частоты — это 50 Гц (внутридомовая сеть, от которой работают все бытовые приборы) — и электромагнитные волны радиочастотного диапазона, которые используются для передачи информации.
Они находятся в диапазоне частот от 30 килогерц до 300 гигагерц. Это поле разделено на диапазоны: низкочастотный (НЧ), высокочастотный (ВЧ), сверхвысокочастотный (СВЧ). Для каждого диапазона частот утвержден свой гигиенический норматив. Это такой уровень воздействия фактора окружающей среды, который при действии в течение длительного времени, в идеале в течение всей жизни, не приводит к изменению состояния здоровья человека или его последующих поколений.
— Вредными считаются волны именно радиочастотного диапазона?
— Нет вредных или полезных электромагнитных полей. Степень вредности воздействия зависит от мощности излучения. Однако электромагнитное поле радиочастотного диапазона, по данным Международного агентства по изучению рака (МАИР), относится к группе факторов 2В — это «возможная канцерогенность для человека».
Накопление канцерогенного и/или мутагенного эффекта излучения в конечном итоге может привести к развитию новообразования (преимущественно в крови или тканях головного мозга).
— Вред электромагнитного излучения для детей, насколько я знаю, не доказан на 100%, но берутся в расчет параметры черепа ребенка, толщина костей которого меньше, чем у взрослого.
— Действительно, кости свода черепа ребенка намного тоньше. До 2 лет имеются незаросшие участки — роднички, хрящи. Также головной мозг ребенка более гидратирован, — то есть содержит в целом больше жидкости и меньшей жировых включений. Доказано, что жировые ткани поглощают электромагнитное поле меньше, а гидратированные — больше. Первичный эффект поглощения электромагнитного излучения проявляется в виде незначительного нагрева тканей — индукционный эффект.
Происходит изменение температуры тканей на десятые доли градуса, но при температурном постоянстве (гомеостазе) головного мозга иногда и этого может быть достаточно для появления патологических эффектов.
— Есть еще теория об образовании вихревых токов в межтканевой жидкости из-за воздействия электромагнитного поля на дипольные молекулы воды.
Вы ее учитываете?
— При действии электромагнитного поля на биологические объекты в межтканевой жидкости образуются вихревые токи, которые нефизиологичны. Межтканевая жидкость имеет определенное направление движения. Вихревые токи вызывают круговые колебательные смещения крупных биомолекул, что приводит к изменению работы мембран, внутриклеточных элементов. Вихревые токи также вызывают вращательные движения ионов. Из-за этого могут измениться физико-химические свойства межтканевой жидкости и нарушиться физиологические функции.
— Так какие именно приборы или объекты действительно опасны для здоровья?
— Те, которые излучают электромагнитное поле, превышающее в среде обитания человека свой гигиенический норматив.
Наиболее частым источником мощных электромагнитных полей являются радиотехнические объекты, которые передают на дальние расстояния большие объемы информации.
Это, в первую очередь, радиотехнические объекты, которые размещаются в жилой территории — например,
базовые станции сотовой связи.
Есть земные станции спутниковой связи, радиорелейные станции, есть ближние и дальние приводы (радиолокационные установки) у аэропортов, которые следят за воздушным пространством. На местности работают также радары (радиолокаторы) гидрометеорологического, военного и специального назначения, которые также сканируют пространство и излучают электромагнитное поле. Не стоит забывать о ретрансляторах радио- и телевизионного сигнала гражданского назначения.
— Чем фиксируется и как часто проверяется уровень электромагнитного излучения, который дает представление о силе воздействия?
— Нормируемое значение мощности электромагнитного поля (гигиенический норматив) зависит от его частоты. Электромагнитные поля промышленной частоты (50 Гц) нормируются по двум составляющим: электрической и магнитной. Электрическое поле измеряется и нормируется в вольтах на метр (киловольтах на метр), магнитное поле — в амперах на метр или в микротеслах. Есть целый парк специального оборудования для измерения уровней электромагнитного поля, которое представлено на рынке широким ассортиментом.
Это В&Е-метры, линейка оборудования P3 (P3-40, P3-80, Р3-90 и т.д.), СТ-01 — для измерения электростатического потенциала в воздухе, анализаторы спектра Narda.
— Насколько точны приборы?
— Точны. Погрешность таких приборов измеряется в логарифмических величинах — децибелах, но при переводе в относительные значения это примерно 5-15%.
— Как часто проверяется сила электромагнитного излучения?
— Роспотребнадзор в рамках социально-гигиенического мониторинга контролирует электромагнитную обстановку на жилых территориях. Кроме того, при размещении базовых станций сотовой связи оператор сотовой связи должен представить в Роспотребнадзор проект, в котором указаны все данные передатчиков и значения уровней мощности на местности. На проект оформляется санитарно-эпидемиологическое заключение. Только при его наличии базовая станция может работать безопасно. Кроме того, проводится инструментальный контроль по обращениям граждан.
— Какова грань, за которой электромагнитное излучение считается вредным?
— Роспотребнадзором установлены разные гигиенические нормативы — отдельно для населения, отдельно для профессионального воздействия в рабочей зоне.
Эти нормативы утверждены Санитарными правилами и нормами. Они являются результатом более чем 60-летней практической работы гигиенической науки, наших научно-исследовательских институтов. Эти нормативы действуют уже более 30 лет. Когда кто-нибудь из представителей бизнеса сомневается в актуальности и современности действующих уровней, я всегда отвечаю, что организм человека за это время никак не изменился и те негативные последствия для организма человека, на основе которых были установлены нормативы, проявляются на тех же уровнях и сегодня.
— Они же имеют в виду, наверное, уровень электромагнитного загрязнения…
— Мы знаем, что они имеют в виду. Они хотят сделать его таким же неконтролируемым, как в Европе, в сто раз увеличить норматив.
— Почему нормы в Российской Федерации, Европе, США разные?
— Российские нормативы появились еще в Советском Союзе, который был социально ориентированным государством, в первую очередь заботившимся о сохранении здоровья человека.
Нормативы Европы и США — это результат договоренности общества с бизнесом.
— Они там чуть ли не в десять раз различаются…
— В десять раз, а в некоторых странах и в сто. По мобильным телефонам: у нас норматив 10 микроватт на квадратный сантиметр, в Америке, Европе — 100. Представители российского бизнеса интересуются, почему у нас такой маленький норматив? Потому что проведенные рандомизированные, когортные, проспективные научные исследования показали статистически значимую разницу между облученными и необлученными. Кроме того, у нас есть так называемый гигиенический запас.
— Для чего он нужен?
— Есть особо чувствительные к излучению организмы. К нам поступают жалобы от людей, которые «чувствуют» электромагнитное поле. Конечно, у человека нет таких специальных рецепторов, позволяющих его почувствовать, но есть определенная группа чувствительных людей, о которых мы тоже думаем.
— В какой момент разговора по мобильному телефону излучение достигает наибольшей силы?
— На самую большую мощность мобильный телефон выходит, когда связь плохая.
В момент установления связи (в первую секунду) достигается максимальная мощность, — и потом, если связь теряется. Допустим, вы отошли от окна вглубь комнаты, — мобильный телефон начитает работать в 2, 3, 5 раз мощнее.
Когда не было антенн базовых станций сотовой связи в метрополитене, мобильный телефон быстрее всего разряжался там. За 40-50-минутную поездку он мог разрядиться наполовину. Это происходило из-за того, что все это время он излучал: искал базовую станцию и не находил, — увеличивал мощность и опять искал.
— Кто чаще всего подвергается наибольшему излучению, если взять разные профессии?
— Если мы говорим про промышленную частоту, это люди, которые работают рядом с КТП (комплектными трансформаторными подстанциями), понижающими, повышающими трансформаторными подстанциями. Опасны мощные электродвигатели больше 1000 кВт, которые при работе своей излучают. Если говорить про радиочастоту, то это передающие радиотехнические объекты постоянного обслуживания.
— Какие именно болезни может вызвать большая доза электромагнитного излучения?
— Возникает целый симптомокомплекс, который сопровождается много чем, начиная от повышенной чувствительности и заканчивая алопецией, патологическими изменениями во внутренних органах, а также психоэмоциональной сфере.
Отмечаются функциональные нарушения работы нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой систем, нарушения вегетативных процессов, нарушения сна, аппетита.
Конкретной болезни, такой, как, например, «лучевая болезнь», для ионизирующего излучения, для электромагнитного нет.
— Как именно Роспотребнадзор находит и что делает, когда видит превышающее допустимые уровни электромагнитное излучение?
— Мы проводим мониторинговые исследования на местности, определяем этот источник излучения, находим его владельца. Дальше применяем меры воздействия, в том числе административные: предписание о приведении в соответствие, штраф, приостановление деятельности источника.
Бывают такие ситуации, когда оператор базовой станции заявляет одну мощность, а в процессе эксплуатации может увеличить ее, причем дистанционно, даже не трогая оборудование физически. Мы стараемся их контролировать, в том числе по уровню энергопотребления.
— Какие города в России самые загрязненные?
— Те, где больше всего источников электромагнитного излучения: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Новосибирск, Владивосток, Краснодар.
— Какие районы в Москве особенно загрязнены?
— У нас сильное антенное поле в районе Останкинской башни, — это Останкинский район и три к нему примыкающих. Но превышения там нет, мы все это отслеживаем. Локальные электромагнитные загрязнения формируются в спальных районах, где население плотно сконцентрировано, и поэтому операторы сотовой связи устанавливают больше базовых станций сотовой связи.
— В докладе Роспотребнадзора 2020 года сказано, что развивается негативная тенденция — увеличение воздействия электромагнитного излучения от мобильных средств телефонной связи…
— Это началось с момента начала использования мобильников, установления базовых станций.
С каждым годом электромагнитное воздействие на среду обитания человека увеличивается.
— Говорят, в сетях 5G будет меньше электромагнитного излучения, хотя вышек будет больше. Это так?
— Там другая частота. Если сейчас 1900 мегагерц, 2100 мегагерц, там будет 20 гигагерц и выше. На этой частоте электромагнитная волна быстрее затухает, ей нужна меньшая мощность. Скорость будет повышаться за счет увеличения частоты сигнала.
В целом мощность каждого передатчика тоже уменьшится. Но их действительно будет больше. Из-за увеличения количества передатчиков суммарная мощность или не изменится, или все-таки станет больше.
— У современного человека рядом компьютер, «умный телевизор», «умная» колонка, несколько телефонов. Какие из них наиболее излучающие?
— Те, которые потребляют больше электрической энергии. Радиочастотные электромагнитные поля компьютер и планшет не излучают, только Wi-Fi-передатчики, — но там малые уровни сигнала. Частота и мощность Wi-Fi-сигнала сравнима со стационарным телефоном, у которого трубка работает на радиоудлинителе.
На сегодняшний день мы не выявляем превышения от работы Wi-Fi-роутеров и других передатчиков в этом стандарте.
Значимым источником электромагнитного излучения радиочастотного диапазона в быту остается мобильный телефон, который каждый человек практически всегда носит с собой, а некоторые — по два или даже три аппарата.
Негативным фактором в этой ситуации остается и то, что мобильными телефонами пользуются дети, начиная с самого младшего возраста.
| Интерактивные учебные пособияРаспространение электромагнитных волн Электромагнитные волны могут генерироваться различными способами, такими как разрядная искра или колеблющийся молекулярный диполь. Чтобы повернуть модель волны, щелкните и перетащите в любом месте окна. Учебник инициализируется электромагнитной волной, генерируемой разрядной искрой виртуального конденсатора. Искровой ток колеблется с частотой, характерной для цепи, и результирующее электромагнитное возмущение распространяется с векторами электрического ( E ) и магнитного ( B ) полей, колеблющимися перпендикулярно друг другу и направлению распространения (  Перед дальнейшим обсуждением явления анизотропии необходимо сделать базовый обзор нескольких принципов физической оптики, необходимых для последующих дискуссий. Как упоминалось ранее, видимый свет представляет собой форму электромагнитной волны. Если зарядить конденсатор (рис. 1) и через два электрода разрядить искру, ток, индуцированный искрой, на короткое время стекает вниз, замедляется, но из-за индуктивности цепи течет обратно вверх, перезаряжая снова конденсатор. Распространение электромагнитной волны, генерируемой разряжающимся конденсатором или колеблющимся молекулярным диполем, показано на рисунке 1. Искровой ток колеблется с частотой ( n ), которая является характеристикой цепи. Возникающие в результате электромагнитные помехи распространяются электронным ( E ) и магнитным ( B ) векторами, колеблющимися перпендикулярно друг другу, а также направлению распространения ( Z ). Частота n определяется осциллятором, а длина волны определяется частотой колебаний, деленной на скорость волны. Когда ток колеблется вверх и вниз в искровом промежутке с характеристической частотой цепи ( n ), создается магнитное поле, которое колеблется в горизонтальной плоскости. Изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, индуцирует электрическое поле, так что серия электрических и магнитных колебаний объединяется, создавая образование, которое распространяется как электромагнитная волна. Электрическое поле в электромагнитной волне колеблется, его векторная сила то усиливается, то ослабевает, указывая то в одном, то в другом направлении, чередуясь по синусоидальному закону (рис. 1). На той же частоте магнитное поле колеблется перпендикулярно электрическому полю. Электрический и магнитный векторы, отражающие амплитуду и направления колебаний двух волн, ориентированы перпендикулярно друг другу и направлению распространения волны. Скорость результирующей электромагнитной волны можно вывести из соотношений, определяющих взаимодействие электрического и магнитного полей.
Для большинства материалов, встречающихся в живых клетках (некоторые из которых непроводящие), магнитная проницаемость равна единице, так что :
Эмпирически известно, что скорость света обратно пропорциональна показателю преломления ( n ) материала, через который он распространяется, поэтому:
Из уравнений (2) и (3) можно сделать вывод, что показатель преломления равен квадратному корню из диэлектрической проницаемости этого материала, если измерения производятся на той же частоте :
Уравнение (4) показывает, что оптические измерения фактически являются измерениями электрических свойств материала. Вектор, описывающий взаимодействие между электромагнитным полем и веществом, лежит в том же направлении, что и электрический вектор. Это справедливо независимо от того, рассматриваются ли электрические или магнитные векторы, поскольку важно влияние электрических или магнитных полей на электроны в материальной среде (магнитное поле воздействует на те электроны, которые движутся в плоскости, перпендикулярной магнитному полю). ). Соавторы Кеннет Р. Спринг — Научный консультант, Лусби, Мэриленд, 20657. Шинья Иноуэ — Морская биологическая лаборатория, 7 MBL Street, Woods Hole, Massachusetts, 02543. Брайан О. Флинн , Роберт Т. Саттер и Майкл В. Дэвидсон — Национальная лаборатория сильного магнитного поля, 1800 г. Восточный Пол Дирак Доктор, Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310. НАЗАД К ПОЛЯРИЗОВАННОМУ СВЕТУ НАЗАД К МИКРОСКОПИИ В ПОЛЯРИЗОВАННОМ СВЕТЕ Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.© 1998-2022 автор Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения владельцев авторских прав. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми правовыми положениями и условиями, изложенными владельцами.Этот веб-сайт поддерживается нашей командойGraphics & Web Programming Team . в сотрудничестве с Optical Microscopy в Национальной лаборатории сильного магнитного поля. Последнее изменение: четверг, 19 мая 2016 г., 15:36Число обращений с 25 апреля 2001 г.: 223730Для получения дополнительной информации о производителях микроскоповиспользуйте кнопки ниже для перехода на их веб-сайты: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gif»>
Видимый свет является широко изучаемой формой электромагнитного излучения и демонстрирует колеблющиеся электрические и магнитные поля, амплитуды и направления которых представлены векторами, которые колеблются по фазе в виде синусоидальных волн в двух взаимно перпендикулярных (ортогональных) плоскостях. В этом руководстве исследуется распространение виртуальной электромагнитной волны и рассматривается ориентация векторов магнитного и электрического поля.
Уравнения Максвелла доказывают, что скорость равна скорости света в вакууме (90 242 c 90 243; равна 300 000 километров в секунду), деленной на квадратный корень из диэлектрической проницаемости (90 242 x 90 243) среды, умноженной на магнитную проницаемость (90 242 м 90 243). ) среды. Таким образом,
Диэлектрические свойства, в свою очередь, непосредственно отражают пространственное трехмерное расположение атомов и молекул, определяющих структуру вещества.
Уравнения распространения электромагнитных волн
Уравнения распространения электромагнитных волнУравнения распространения электромагнитных волн
Взаимосвязь между электрическим и магнитным полями вместе известна как уравнения Максвелла (ссылка 7),
.
где
• | 90 457 E (единица СИ: В/м) – электрическое поле, 90 458 |
• | D (единица СИ: Кл/м2) — электрическое смещение, |
• | Гн (единица СИ: А/м) — магнитное поле, |
• | B (единица СИ: Втб/м2) — плотность магнитного потока или магнитная индукция, |
• | ρ (единица СИ: Кл/м3) — плотность заряда, а |
• | Дж (единица СИ: А/м2) — плотность тока. |
Приведенные выше уравнения сформулированы в единицах СИ. В гауссовых единицах (ссылка 6) уравнения могут быть представлены с дополнительными коэффициентами 4π и некоторыми дополнительными делениями на скорость света в вакууме c.
Электрические и магнитные величины далее подчиняются определяющим соотношениям
, где ε (единица СИ: Ф/м) – электрическая проницаемость, а µ (единица СИ : Гн/м) – магнитная проницаемость. Обычно ε и μ являются тензорами второго ранга, но их можно рассматривать как скалярные величины, если среда изотропна.
В среде без заряда, без тока, однородной и изотропной первые два уравнения Максвелла могут быть упрощены до
Одну из двух оставшихся переменных поля можно исключить путем замены, что дает так называемое уравнение «завиток-завиток» для оставшегося поля,
Если среда однородна, т. е. обладает пространственно независимыми диэлектрическими свойствами, то множители ε и μ можно взять вне оператора ротора, а затем использовать тождество
и учитывая, что поля бездивергентны, уравнение электромагнитной волны можно записать в виде
Таким образом, либо электрическое поле, либо магнитное поле могут быть получены путем решения векторного уравнения Гельмгольца.
Здесь будет использоваться электрическое поле.
Векторное уравнение Гельмгольца допускает множество различных решений, одно из которых представляет собой плоскую электромагнитную волну,
где
• | k (единица СИ: рад/м) — волновой вектор, |
• | 90 457 r (единица СИ: м) – вектор положения, 90 458 |
• | ω (единица СИ: рад/с) — угловая частота, |
• | 90 457 t (единица СИ: с) – это время, а 90 458 |
• | E0 (единица СИ: В/м) — комплексная амплитуда электрического поля при r = 0 и t = 0, |
Более распространено выражать E как экспоненту сложной фазы,
Хотя вещественный оператор здесь явно не применяется, следует понимать, что только действительная часть этого выражения для E имеет какое-либо физическое значение, а мнимая часть является просто математической конструкцией.
Форма электрического поля представляет собой набор плоских поверхностей постоянной фазы, распространяющихся вперед с фазовой скоростью
(3-3)
Где k — величина волнового вектора k. Это скорость света в среде.
Дифференциация E дает
Однако, поскольку E бездивергентна, k и E должны быть ортогональны. То же самое можно сделать относительно k и H. Кроме того, из уравнений Максвелла 90 458
Так что k, E и H ортогональны.
Подстановка определения электромагнитной плоской волны обратно в уравнение электромагнитной волны дает
Таким образом, соотношение между угловой частотой и нормой волнового вектора равно
.(3-4)
Сравнение уравнения 3-3 и уравнения 3-4 показывает, что
Теперь выразите диэлектрическую и магнитную проницаемости как
.где
• | ε0 = 8,854187817 × 10-12 Ф/м — диэлектрическая проницаемость вакуума, |
• | мк0 = 1,256637062 × 10-6 Гн/м — проницаемость вакуума, |
• | εr (безразмерная величина) — относительная диэлектрическая проницаемость среды, |
• | мкР (безразмерная величина) – относительная проницаемость среды.  |
