Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe nie jest prosty do opisania i na ogół jest sprawą dosyć skomplikowaną. Należy tu uwzględnić rodzaj danego pola, jakie urządzenie je emituje, jaka jest jego częstotliwość i moc, a także określić wrażliwość danego organizmu żywego na jego działanie. Organizmy żywe poza narządem wzroku reagującym na światło widzialne, oraz skórą, która reaguje na ciepło, czyli promieniowanie podczerwone, to nie posiadają żadnych innych receptorów, które byłyby w stanie wykrywać obecność pola elektromagnetycznego. Dlatego też promieniowanie radiowe, czy mikrofalowe przechodzi przez nasze organizmy i nie zauważamy tego. To z kolei wiąże się ze stosowaniem specjalistycznych urządzeń, które są w stanie wykrywać takie pola i podawać do naszej wiadomości informacje o ich parametrach. Wyjątkiem wśród organizmów żywych jest węgorz elektryczny, który sam jest w stanie emitować pole elektryczne w postaci impulsów zabójczych dla jego ofiar. Poza tym roztaczające się wokół niego pole elektryczne pozwala mu na orientowanie się w otoczeniu. Jest to jednak tylko wyjątek potwierdzający regułę. Ostatnio jednak także stara się wyjaśnić fenomen orientacji ptaków i ryb w środowisku, tym, że są one czułe na ziemskie pole magnetyczne i dzięki tej wrażliwości dokładnie wiedzą, w którym kierunku powinny migrować. Jednak jak na razie nie uzyskano żadnych dowodów potwierdzających te przypuszczenia. Podstawowym pytaniem nasuwającym się przy określaniu wpływu pola elektromagnetycznego na organizmy żywe, jest to czy wpływ ten jest szkodliwy. Nie łatwo na nie odpowiedzieć, ale jeżeli zauważy się, że jak do tej pory wszystkie organizmy żywe żyły w obecności naturalnego pola magnetycznego Ziemi na pewno trudno powiedzieć że wpływ ten jest szkodliwy. Jednak zanim przyjrzymy się tym kwestiom bliżej należy zapoznać się z tym, czym tak naprawdę jest pole elektromagnetyczne i czym się charakteryzuje. W jaki sposób to pole oddziałuje z materią i w jaki sposób ciało ludzkie jest narażone na jego działanie. Przyjrzymy się także bliżej naszemu ciału jako obiektowi elektrycznemu i poznamy kilka kontrowersyjnych opinii na temat szkodliwego wpływu promieniowania elektrycznego na nasze zdrowie.

Naturalne pole elektromagnetyczne

Pojęcie pola jest od dawna stosowane w fizyce. Określa ono taki obszar w przestrzeni, w którym na dane ciało działają pewne siły. Przykładem pola jest pole grawitacyjne, bowiem na każde ciało w nim umieszczone działa siła grawitacji. Nas jednak bardziej interesuje pole elektryczne i magnetyczne. Jeśli jakieś ciało obdarzone ładunkiem elektrycznym będzie zachowywać się tak jakby działała na nie jakaś siła to znaczy, że znajduje się w obszarze pola elektrycznego. Podobnie jest z ciałami, które wykazują zdolności magnetyczne, jak np. zwykły magnes. On także, jeżeli znajdzie się w obszarze działania pola magnetycznego będzie doznawała działania siły pochodzącej od niego - jak to jest w przypadku naładowanej igły kompasu i naturalnego pola magnetycznego Ziemi. Pośród wszystkich pól wyróżniamy pola statyczne, które to jak łatwo się domyślić są niezmienne w czasie. Jeżeli mamy do czynienia z grupą ładunków elektrycznych, które nie zmieniają się w czasie i nie poruszają się to wytwarzają one wokół siebie pole elektrostatyczne. Jednak, jeżeli jakiś ładunek znajdzie się w obszarze działania takiego pola, to będzie działać na niego siła elektryczna, która spowoduje ruch takiego ładunku. Natomiast uporządkowany ruch ładunków elektrycznych, (którymi najczęściej są elektrony) to już prąd elektryczny. Tak więc istnienie pola elektrycznego i swobodnych ładunków znajdujących się w jego obszarze prowadzi do przepływu prądu elektrycznego. Ośrodki, które pozwalają na taki przepływ prądu elektrycznego przez nie nazywane są mianem przewodników, natomiast te w których przepływ ten jest niemożliwy, lub znacznie utrudniony nazywane są izolatorami. Przez przewodniki może płynąć prąd elektryczny, ponieważ znajdują się w nim swobodne ładunki, które mogą się w nich bardzo szybko poruszać. Przykładami przewodników są metale, w których swobodnymi ładunkami są elektrony, a także elektrolity, w których to prąd elektryczny tworzą jony. Zupełnym przeciwieństwem przewodników są izolatory. W nich, bowiem nie występują swobodne ładunki, które mogłyby się poruszać, dlatego też prąd elektryczny nie może płynąć przez takie ośrodki. Jednak w przypadku podziałania bardzo silnym polem elektrycznym na taki izolator możliwe jest zapoczątkowanie lawinowej jonizacji, w wyniku, której przez izolator przepływa prąd elektryczny o wysokim natężeniu, co z kolei prowadzi do wydzielenia dużej ilości ciepła. Bardzo często w takich przypadkach mówi się, że izolator się przepalił, lub nastąpiło przebicie. Najbliższym człowiekowi izolatorem jest jego własna skóra, w szczególności sucha skóra. Jednak działa ona tylko w przypadku bardzo niskich napięć. Gdy jednak nasze ciało zetknie się z urządzeniem będącym pod wysokim napięciem następuje przebicie, które obok skurczu mięśni powoduje przypalenie naskórka w miejscu kontaktu. Przypalenie to nastąpiło na skutek wydzielenia przez naskórek dużej ilości ciepła w czasie przepływu prądu.

Inną klasę ciał stanowią te, które nie posiadają swobodnych ładunków elektrycznych, jednak w polu elektrycznym polaryzują się. Ciała takie nazywamy dielektrykami. Polaryzacja ta wiąże się z faktem, że w ciałach oprócz zwykłych pojedynczych ładunków elektrycznych znajdują się także układy ładunków - dipole elektryczne. Taki dipol elektryczny jest układem dwóch ładunków elektrycznych, dodatniego i ujemnego. Ładunki te znajdują się w bliskiej odległości od siebie i tworzą jeden związany układ, obiekt. Przykładem takiego dipola elektrycznego może być cząsteczka wody - H2O. W cząsteczce takie środek ciężkości protonów, czyli ładunków dodatnich nie pokrywa się z środkiem ciężkości elektronów, czyli ładunków ujemnych. Wskutek takiego układu powstaje dipol elektryczny. Cechą charakterystyczną takiego dipola jest to, że gdy znajdzie się w obszarze działania pola elektrycznego to ustawia się wzdłuż linii sił tego pola. Tak więc, gdy ciało posiadające takie dipole znajdzie się w obszarze pola elektrycznego to wszystkie dipole elektryczne ustawią się wzdłuż linii sił tego pola, co określa się mianem polaryzacji takiego ciała.

To ile takich dipoli elektrycznych znajduje się w danym ciele określa wartość jego przenikalności elektrycznej. Wartości te dla różnych ciał znacznie się od siebie różnią. I tak dla szkła wynosi ona 6, dla nafty 2, a dla powietrza 1, ale już dla tkanki żywej i podobnie dla wody wartość przenikalności elektrycznej wynosi 80. To oznacza tyle, że w wyniku oddziaływania pola elektrycznego na tkankę powstałe pole w jej wnętrzu jest 80 razy słabsze niż to znajdujące się na zewnątrz jej. Tak wysoka wartość przenikalności dla tkanki żywej, wynika z tego że tworzy ją głównie woda, a ta jak już wiemy jest zbudowana z cząsteczek będących dipolami elektrycznymi. W przypadku, gdy mamy do czynienia z oddziaływaniem zmiennego pola elektrycznego na ciała, wartość przenikalności elektrycznej zależy od częstotliwości zmian tego pola. W przypadku wysokich częstotliwości wartości te są mniejsze niż dla pól statycznych. Oprócz dipoli w ciałach mogą występować jeszcze inne układy ładunków elektrycznych, takie jak kwadrupole ( układ 4 ładunków), czy nawet oktupole (układ 8 ładunków), jednak nie będą one w dalszych zagadnieniach odgrywać znaczącej roli, dlatego też nie będziemy się bliżej nimi zajmować.

Cechą charakterystyczną oddziaływania pola elektrycznego na ciała jest przeciwdziałanie skutkom jego działania. Odbywa się to poprzez nowe ułożenie dipoli elektrycznych i swobodnych ładunków wewnątrz tego ciała. Tak więc w przypadku oddziaływania pola elektrycznego na przewodnik, pochodzącego od zewnętrznego rozkładu ładunków, w wyniku czego powstał uporządkowany ruch ładunków swobodnych wewnątrz tego przewodnika, to ruch ten będzie się odbywał do momentu kiedy pole elektryczne nie zniknie wewnątrz przewodnika. Tą ciekawą własność określa się mianem ekranowania pola elektrycznego. Analogicznie odbywa się ten proces w stosunku do dipoli elektrycznych znajdujących się wewnątrz ciała. W tym wypadku gdy pole elektryczne oddziałuje z takim ciałem dipole ustawiają się w ten sposób, aby natężenie pola elektrycznego wewnątrz ciała było jak najmniejsze. Jeśli przyjrzymy się bliżej naszej planecie to zauważymy, iż jest ona naładowaną kulą, która roztacza wokół siebie pole elektryczne, którego kierunek linii sił pola jest prostopadły do jej powierzchni. Ładunek Ziemi jest ujemny, dlatego też linie sił pola skierowane są w kierunku powierzchni planety. Natężenie tego pola elektrycznego przy powierzchni planety wynosi 130 V/m. Maleje ono wraz z wysokością i w odległości 9 km od powierzchni wynosi już tylko 9 V/m. Ten szybki spadek natężenia pola elektrycznego jest bezpośrednio związany z obecnością swobodnych ładunków elektrycznych, które to znajdują się w atmosferze ziemskiej. Jednak pole to podlega także zmianom, które mogą być czasami bardzo duże. Zmiany te wynikają z istnienia różnych czynników takich jak zmienna aktywność Słońca, czy odpowiednie warunki meteorologiczne. Jako ciekawostkę można podać, że gdy mamy do czynienia z pogodą typowo sztormową, to natężenie pola elektrycznego ziemskiego przy powierzchni może osiągnąć nawet wartość 10 000 V/m. Jeśli chodzi o pole magnetyczne naszej planety, to Ziemię można sobie wyobrazić jako olbrzymi magnes. Jednakże bieguny magnetyczne takiego ziemskiego magnesu nie pokrywają się ze znanymi powszechnie biegunami geograficznymi. Krótko mówiąc kompas nie pokazuje dokładnie w stronę bieguna północnego geograficznego. Co jeszcze ciekawsze to te bieguny magnetyczne zmieniają swoje położenie w czasie. Linie sił takiego pola magnetycznego są zawsze skierowane od bieguna południowego do północnego. Tak też jest w przypadku Ziemi, linie sił pola magnetycznego wybiegają z jej magnetycznego bieguna południowego i po charakterystycznej krzywej docierają do bieguna magnetycznego południowego. Pole magnetyczne roztacza się także we wnętrzu naszej planety i linie sił pola także w tym wypadku są skierowane od bieguna magnetycznego południowego do północnego, jednak w tym wypadku są one bardziej wyprostowane. Warto jeszcze wspomnieć, że przy określaniu pola za pomocą linii sił, ich zagęszczenie określa natężenie tego pola w danym miejscu.

Przejdźmy teraz do pola magnetycznego. Tutaj także możemy wyróżnić statyczne pole magnetyczne, którego źródłem mogą być różnego rodzaju magnesy, a także elektromagnesy. W odróżnieniu od ładunków elektrycznych, które to mogą być dodatnie lub ujemne, w przyrodzie nie obserwuje się pojedynczych biegunów północnych lub południowych, czyli monopoli magnetycznych. Zawsze mamy do czynienia z układem dwóch biegunów - dipolem magnetycznym. Dipol magnetyczny jest najbardziej elementarnym obiektem magnetycznym, który odczuwa działanie pola magnetycznego. Znajdując się w obszarze takiego pola ustawia się on podobnie jak dipol elektryczny wzdłuż linii sił pola. Przykładem tutaj z życia wziętym może być igła kompasu, która jest modelem takiego dipola magnetycznego i która ustawia się wzdłuż linii sił pola magnetycznego ziemskiego, wskazując w ten sposób jednym swoim końcem na północny biegun magnetyczny naszej planety. Tutaj także w przyrodzie występują układy o wyższej liczbie biegunów, czyli tzw. multipole, jednakże nie odgrywają one znaczącej roli w poruszanych dalej zagadnieniach, przez co nie będziemy się nimi zajmować.

Wyróżnia się pewne rodzaje ciał, ze względu na to w jaki sposób oddziałują z polem magnetycznym. Wszystkie ciała, zatem podzielono na:

- ferromagnetyki

- diamagnetyki

- paramagnetyki

Jeśli chodzi o ferromagnetyki, to są to ciała, które silnie oddziałują z polem magnetycznym. Do ich grupy można zaliczyć głównie metale, takie jak żelazo, kobalt ,czy nikiel. Diamagnetyki z kolei słabiej oddziałują z polem magnetycznym. Jednak ich główną cechą charakterystyczną jest to, że dipole magnetyczne znajdujące się w ich wnętrzu ustawiają się przeciwnie do kierunku linii sił pola, przez co pole to zostaje nieznacznie osłabione w ich wnętrzu. Wszystkie żywe organizmy zachowują się tak jakby były diamagnetykami. Ostatnia grupa, czyli paramagnetyki, to także materiały które stosunkowo słabo oddziałują z zewnętrznym polem magnetycznym. Jednak w tym przypadku dipole magnetyczne znajdujące się w ich wnętrzu ustawiają się zgodnie z kierunkiem linii sił pola. Niektóre cząsteczki w przyrodzie, takie jak hemoglobina zachowują się jak paramagnetyki. Widzimy więc, że w przypadku tkanek żywych, które budują organizmy pole magnetyczne przenikające ich wnętrze niewiele różni się od tego co jest na zewnątrz. Jest to sytuacja zupełnie inna niż dla pola elektrycznego.

Od zarania dziejów każdy organizm żywy i wszystkie inne ciała podlegają działaniu ziemskiego pola magnetycznego. Cała nasza planet przypomina olbrzymi magnes, który roztacza wokół siebie statyczne pole magnetyczne. W przypadku położenia naszego kraju na globie, kierunek linii sił tego pola jest tylko nieznacznie odchylony do powierzchni planety, przy czym jego natężenie w tym miejscu wynosi ok. 36 A/m i pogoda ma znikomy wpływ na nie. Czy to dużo, czy to mało? Dla porównania w przypadku przewodnika, w którym płynie prąd elektryczny o natężeniu 1A, pole magnetyczne jakie się wokół niego roztacza wynosi 0,16 A/m.

Warto się teraz zastanowić jak wpływa pole magnetyczne i pole elektryczne na narządy i tkanki organizmów żywych. Aby poznać ten wpływ należy znaleźć energię oddziaływania pola elektrycznego z cząsteczkami wody, które jak wiemy już są dipolami elektrycznymi, oraz energię oddziaływania pola magnetycznego z momentami magnetycznymi dla cząsteczek budujących żywe organizmy. Jak już znajdziemy te energie to należy je porównać z energiami ruchu cieplnego cząsteczek.

Jak wiemy organizmy żywe zbudowane są z tkanek, a te z kolei w większości składają się z wody. O elektrycznych parametrach tej wody w głównym stopniu decyduje zawartość soli fizjologicznych rozpuszczonych w niej. Okazuje się, iż te własności elektryczne są bardzo podobne do tych dla wody morskiej. Aby teraz zastanowić się nad wpływem pól elektromagnetycznych, przyjmijmy, że mamy do czynienia z polem elektrycznym o natężeniu wynoszącym 100 V/m, a w przypadku pola magnetycznego - 100 A/m. Jak już wiemy wartości te niewiele odbiegają od wartości natężeń dla pól naturalnych, których źródłem jest nasza planeta. Jak już przeprowadzimy odpowiednie rachunki, to okaże się że energia oddziaływania pola elektrycznego z cząsteczkami wody wynosi 0,31*10-6 J/kg, a natomiast energia oddziaływania pola magnetycznego z dipolami magnetycznymi wynosi 1,3*10-4 J/kg. Jeśli teraz obliczymy energię chaotycznego ruchu cieplnego cząsteczek w organizmie, który znajduje się w temperaturze 20 0C, to okaże się że wynosi ona 23 J/kg. Jeśli teraz porównamy te wszystkie wartości, to zauważymy że energie oddziaływań z polem elektrycznym i magnetycznym są bardzo małe w stosunku do energii bezładnego ruchu cieplnego. A to prowadzi nas do wniosku, że jakiekolwiek ruch ładunków bądź dipoli magnetycznych, wywołany przez naturalne pole ginie w obliczu chaotycznego nieuporządkowanego ruchu cieplnego cząsteczek. Dlatego też widzimy, że pole magnetyczne i pole elektryczne, którego źródłem jest Ziemia, praktycznie nie ma wpływu na organizmy żywe.

Pola elektromagnetyczne wytwarzane przez człowieka

Przyjrzyjmy się, jakimi parametrami elektrycznymi charakteryzuje się ciało organizmu żywego. Otóż, okazuje się, że wartość oporu właściwego dla tkanki żywej wynosi około 1,5 Wm. Jeśli przypomnimy sobie wartość tą dla metali, która to wynosi ok. 10 Wm, to widzimy, że opór właściwy jest stosunkowo duży. Jeśli natomiast spojrzymy na izolatory, które charakteryzują się wartościami oporu właściwego z zakresu 1010 - 1016 Wm, to zauważymy, iż jest to jednak wartość bardzo mała. W porównaniu do samej tkanki żywej, sucha skóra charakteryzuje się wysoką opornością, bo sięgającą aż MW. Jeśli chodzi o statyczne pola elektryczne wytwarzane przez człowieka, to główną tutaj rolę odgrywa pola elektryczne powstałe przez wytworzenie statycznych ładunków elektrycznych w wyniku pocierania izolatorów o siebie. Mamy coraz częściej do czynienia z takimi polami, ponieważ coraz szerzej w naszym życiu codziennym wykorzystujemy tworzywa sztuczne, które jak wiadomo są znakomitymi izolatorami. Tak powstałe pola elektryczne mogą osiągać natężenia rzędu kilku tysięcy V/m, a czasami nawet dziesiątek tysięcy V/m. Z tego co już wcześniej powiedzieliśmy wynika, że ciało ludzkie nie jest najlepszym przewodnikiem, ale bez wątpienia nim jest. I podobnie jak w przypadku przewodników w momencie, gdy działa na nie zewnętrzne pole elektrostatyczne na jego powierzchni wytworzą się ładunki elektryczne, które będą przeciwdziałać działaniu zewnętrznego pola na wnętrze organizmu. Zjawisko to jak już wiemy określa się mianem ekranowania elektrycznego. Jednak takie ładunki nie występują w znacznych ilościach, łatwo ulegają rozładowaniu, a i do ich ekranowania nie potrzeba wielkiej ilości ładunku elektrycznego. Każdy na pewno zaobserwował powstawanie takich ładunków. Na przykład w czasie zimy, kiedy to powietrze jest suche, przez co słabo przewodzi elektryczność, na powierzchniach tworzyw sztucznych zebrane ładunki utrzymują się stosunkowo długo. O istnieniu tych ładunków możemy się przekonać, gdy w tym czasie zdejmujemy sweter z jakiegoś tworzywa sztucznego. W przypadku, gdy powietrze jest wilgotne, ładunki nie utrzymują się zbyt długo na powierzchni izolatora. Co do wpływu tak wytworzonych pól elektrostatycznych na organizm człowieka, to trudno go ocenić. Zdarzają się osoby, które narzekają na ubrania wykonane z tworzyw sztucznych, ale też wiele osób nosi je i nie zgłasza żadnych problemów. Poza ubraniami, to z tworzyw sztucznych wykonanych jest jeszcze mnóstwo innych rzeczy, jak wykładziny, dywany, meble, a nawet okna. Panuje jednak ogólna opinia, że ładunki, które zbierają się na ich powierzchniach nie wytwarzają pól elektrostatycznych szkodliwych dla człowieka. A jeśli chodzi o dyskusję czy same tworzywa sztuczne są szkodliwe dla człowieka, to należałoby jeszcze uwzględnić zawartość w nich substancji toksycznych i tym podobne sprawy, ale to już temat poza naszym obecnym zainteresowaniem. Pojawiały się także głosy, że niektóre gatunki roślin mogą wpływać negatywnie lub korzystnie na samopoczucie człowieka. W grę miałoby tu wchodzić wytwarzanie przez te rośliny specyficznej elektrododatniej lub elektroujemnej "atmosfery" wokół siebie. Jest to temat jak na razie nie do końca zbadany, jedyne, co można pewnego o tym powiedzieć, to to, że rośliny na pewno wpływają na wilgotność w pomieszczeniu, a to z kolei wpływa na czas utrzymywania się ładunków na powierzchniach materiałów wykonanych z tworzyw sztucznych. Zupełnie innym aspektem jest to, że rośliny wydzielają także specyficzne substancje aromatyczne, które także mogą bezpośrednio wpływać na samopoczucie człowieka. Dlatego też, czasami może się wydawać, iż rośliny są źródłem jakiegoś nieokreślonego pola elektrycznego, które może znacząco oddziaływać na nas. Jednak są to aspekty bardziej bliższe zagadnieniom psychologii, a nie elektryczności.

Ładunki elektryczne cały czas znajdują się w otoczeniu człowieka. Ich źródła są różnorakie, mogą powstać w wyniku pocierania jednych materiałów o drugie, mogą powstawać w wyniku rozpadów promieniotwórczych, albo też przybywać do nas wraz z promieniowaniem kosmicznym. Z kolei te wszystkie ładunki elektryczne podlegają działaniu już istniejących pól elektrycznych, przez co mogą być unoszone na różne odległości i docierać do wszelkich miejsc. Ruch ten jest jak najbardziej chaotyczny i nieuporządkowany, dlatego też cały czas w otoczeniu utrzymuje się całkowita równowaga elektryczna. Ta równowaga jednak nie oznacza, że zawsze i wszędzie mamy do czynienia z równymi ilościami ładunków dodatnich i ujemnych, ale ta równowaga może także odznaczać się przewagą ładunków dodatnich a w innych przypadkach ładunków ujemnych. W naszym otoczeniu znajduje się mnóstwo różnych nośników takich jak kurz, krople wody, czy różnego rodzaju pyłki, które mogą stać się nośnikami ładunków elektrycznych. W ten sposób mogą one krążyć wokół nas wypełniając pomieszczenie, w którym się znajdujemy i tworzyć w ten sposób specyficzną elektryczną atmosferę. Nie jest do końca powiedziane, czy to może mieć wpływ na nasze samopoczucie, albo na przebieg naszych procesów życiowych. Oczywiście wielokrotnie w środowisku naukowym i nie tylko, wyrażano różne opinie na temat tego wpływu, jednak jak na razie nie pojawiły się wystarczające dowody aby to jednoznacznie i definitywnie określić. Jeśli teraz przyjrzymy się wpływowi statycznych pól magnetycznych to zauważymy, iż jego wpływ na organizmy żywe jest w zasadzie podobny jak w przypadku pól elektrostatycznych. Okazuje się bowiem, że cząsteczki z których złożone są tkanki żywe w ogólności są mało podatne na zewnętrzne pola magnetyczne. Ale przyjrzyjmy się temu zagadnieniu dokładniej. Wszelkie płyny ustrojowe które przepływają przez nasz organizm, to zazwyczaj pewien słaby elektrolit. Elektrolit to substancja w której znajdują się swobodne jony, czyli cząstki naładowane dodatnio lub ujemnie. Gęstość jonów dodatnich jest równa gęstości jonów ujemnych, czyli krótko mówiąc sumaryczne ładunki są równe. Jak wiemy z fizyki gdy poruszająca się cząstka obdarzona ładunkiem elektrycznym znajdzie się w obszarze pola magnetycznego, to będzie na nią działać siła Lorentza, zakrzywiając tor jej ruchu. Kierunek działania tej siły zależy od znaku ładunku, czyli cząstki naładowane dodatnio będą odchylane w przeciwnym kierunku niż cząstki naładowane ujemnie. Widać, że w ten sposób jony dodatnie zostaną oddzielone od jonów ujemnych - płyn ustrojowy zostaje spolaryzowany. Oczywiści przeciwko temu procesowi działają siły przyciągania, jakie istnieją pomiędzy różnoimiennymi ładunkami, w wyniku czego dochodzi do ustalenia się pewnego stanu równowagi. Nie do końca jeszcze wiadomo, czy stan takiej polaryzacji wywołany przez pola magnetyczne występujące w otoczeniu człowieka ma jakieś konsekwencje dla funkcjonowania narządów w jego organizmie.

Przytoczmy teraz przykład materiałów które to są bardzo wrażliwe na działanie pola elektromagnetycznego. Mowa tutaj mianowicie o ciekłych kryształach. Są to substancje, które zajmują pośrednie miejsce pod względem budowy strukturalnej pomiędzy ciałami stałymi a cieczami. Otóż ciała ta potrafią drastycznie zmienić swoje właściwości fizyczne pod wpływem działania zewnętrznego pola. Na przykład pod wpływem działania pola elektrycznego zmieniają się ich parametry dotyczące odbicia światła. Obecnie są one szeroko wykorzystywane urządzeniach elektronicznych, pod postacią tzw. wyświetlaczy ciekłokrystalicznych, które spotykamy na każdym kroku, w zegarkach, telefonach komórkowych itp. Produkowane są także monitory ciekłokrystaliczne. We wszystkich tych urządzeniach wykorzystuje się zdolność ciekłych kryształów do zmiany swoich właściwości na skutek podziałanie na nie polem elektrycznym, bądź magnetycznym. Swego czasu nawet zastanawiano się, czy w przyrodzie nie istnieją organizmy, które podobnie jak ciekłe kryształy tak gwałtownie reagują na obecność pól elektromagnetycznych, jednak jak do tej pory nie znaleziono takich. Przez pewien czas sądzono i wiązano z tym ogromne nadzieje, że pole magnetyczne może być w stanie hamować rozwój nowotworów. Jednak bliższe badania tego zagadnienia wykazały, iż w tym zakresie pole magnetyczne nie spełnia żadnych funkcji terapeutycznych.

Fale elektromagnetyczne

Do tej pory omawialiśmy statyczne pola elektryczne i magnetyczne. Czas jednak zająć się polami zmiennymi w czasie. Otóż w przypadku, gdy mamy do czynienia ze zmiennym polem elektrycznym i magnetycznym, to okazuje się, że pola te wzajemnie się indukują, to znaczy, że istnienie jednego powoduje powstanie drugiego. Jeżeli teraz pola te będą się rozchodzić w przestrzeni w procesie takiej samoindukcji to stworzą one falę elektromagnetyczną. Falę taką stanowią pole elektryczne i magnetyczne, których wektory natężenie są skierowane prostopadle do siebie i zmieniają się okresowo. Falę elektromagnetyczną, podobnie jak każdą falę możemy scharakteryzować podają jej kierunek rozchodzenia się, częstotliwość, energię, jaką ze sobą niesie, a także jej prędkość. Przykładem źródła fal elektromagnetycznych jest antena nadawcza. W dalekiej odległości od niej fala elektromagnetyczna może być postrzegana jako fala kulista, jednak w bliskiej odległości od jej centrum, można ją przybliżyć przez falę płaską. Przy falach elektromagnetycznych często uwzględnia się strumień energii jaki niesie ona ze sobą. Strumień ten maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości. Fale elektromagnetyczne z różnych źródeł mogą nachodzić na siebie i tworzyć skomplikowane przebiegi. W przypadku generatora, który emituj fale o przebiegu sinusoidalnym, o określonej częstotliwości, pole elektryczne i magnetyczne także zmienia się sinusoidalnie i można je opisać podając amplitudy tych pól, a także ich natężenia. Natężenia te wyraża się w takich samych jednostkach jak to było w przypadku pól statycznych, czyli natężenie pola elektrycznego wyraża się w V/m [volt/metr], a natężenie pola magnetycznego w A/m [amper/metr].

Prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w próżni wynosi c = 300 000 km/s, jako że światło jest też falą elektromagnetyczną, prędkość ta jest także nazywana prędkością światła. Dodatkowo prędkość ta zmniejsza się, gdy fala przechodzi przez jakiś ośrodek materialny, a wiąże się to z oddziaływaniem fali z dipolami elektrycznymi i magnetycznymi ośrodka.

Fala elektromagnetyczna jest falą poprzeczną, czyli kierunek jej rozchodzenia się jest prostopadły do kierunku drgań wektora natężenia elektrycznego i magnetycznego.

Bardzo często przy opisie fal elektromagnetycznych wykorzystuje się częstotliwość i długość fali. Ze względu na te parametry fale elektromagnetyczne można podzielić na kilka typów. Fale o najdłuższych długościach fal (zakres od kilometrów do centymetrów), i zarazem najmniejszych częstotliwościach (zakres od kHz do MHz) nazywane są falami radiowymi. Fale, których długości można mierzyć w milimetrach a częstotliwości w GHz są nazywane mikrofalami. Fale elektromagnetyczne obejmują jeszcze fale o znacznie mniejszych długościach fal i większych częstotliwościach i są to już fale takie jak promieniowanie widzialne, promieniowanie podczerwone, ultrafioletowe, promieniowanie gamma, czy promieniowanie rentgenowskie.

Jeśli chodzi o sposób oddziaływania fal elektromagnetycznych z materią, to jest on różnoraki w zależności od danego rodzaju fali - promieniowania elektromagnetycznego. W przypadku promieniowania gamma, czy rentgenowskiego dominującym procesem wynikającym z jego oddziaływania na materię jest jonizacja atomów ośrodka. W ten sposób, gdy takie promieniowanie przejdzie przez tkankę żywą organizmu, może doprowadzić do jej uszkodzenia. W przypadku promieniowania widzialnego i ultrafioletowego mamy do czynienia z silnym jego pochłanianiem przez tkankę żywą. W tym wypadku jedyne uszkodzenia tkanki powstają tylko na powierzchni ciała, tak jak to ma miejsce w przypadku nadmiernego opalania. Chociaż także to może doprowadzić do powstania nowotworu skóry.

Jednak na początek zajmiemy się bardziej szczegółowo wpływem fal radiowych i mikrofal na nasze organizmy. Otóż przy częstotliwościach fal radiowych do 10 MHz, czyli dosyć niskich w tkance żywej powstają podobnie jak w przewodniku prądy wirowe, które także określane są mianem prądów Foucaulta. Prądy te płyną głównie po powierzchni ciała i działają w ten sposób, że znoszą wpływ pola elektromagnetycznego do wnętrza przewodnika Pamiętajmy także, że zawsze, gdy prąd płynie przez ośrodek, który posiada opór elektryczny, to następuje wydzielenie ciepła w tym ośrodku. Także prądy wirowe powodują wydzielenie w ten sposób ciepła. Gdy ilość tego ciepła jest zbyt duża organizm nie może sobie poradzić z jego odprowadzeniem, przez co dochodzi do wzrostu temperatury ciała, co określane jest mianem efektu termicznego. Fala elektromagnetyczna może także wnikać w głąb tkanki żywej. To jak głęboko wniknie bezpośrednio zależy od oporności tkanki i od częstotliwości padającej fali elektromagnetycznej. Im większa częstotliwość fal tym oporność tkanki żywej jest mniejsza i głębokość wnikania fal elektromagnetycznych jest też mniejsza. Przy częstotliwość wynoszącej 1 MHz oporność wynosi 8 Wm, a głębokość wnikania 2,3 m, natomiast przy częstotliwości 10 GHz, oporność wynosi 0,1 Wm, a głębokość wnikania 0,3 cm. Tak, więc widać, że w przypadku fal radiowych, przechodzą one całkowicie przez nasze ciała i prądy wirowe powstają w całej jego objętości. Zastanówmy się, jakie to może mieć konsekwencje dla zdrowia człowieka. W tym celu obliczmy gęstość energii emitowanej przez stację radiową, której nadajnik ma moc 100 kW, w zależności od odległości od nadajnika. Obliczone wartości zebrano w poniższej tabeli

Odległość [km]

Gęstość energii [W/m2]

0,5

0,064

1,0

0,016

10,0

0,00016

Porównując to z wartością progową wynoszącą 4 W/m2, przy której określa się, że człowiek może już odczuwać termiczne skutki, widzimy, że daleko jeszcze do tego progu. Można dojść do wniosku, że o ile nie mieszka się bliżej takiej stacji niż w odległości kilkuset metru, to oddziaływanie fal radiowych na człowieka może być zaniedbane. Jednak często zdarza się, że w prasie pojawiają się informacje o negatywnych skutkach, jakie wywołują fale radiowe u ludzi. Jednak bardzo często doniesienia te nie opierają się na faktach, a raczej na przypuszczeniach i nie należy im bezgranicznie wierzyć.

W przypadku dyskusji o szkodliwość pól elektromagnetycznych na organizm człowieka, bardzo często przewija się sprawa negatywnego wpływu pól, których częstotliwości wynoszą 50 Hz. Są to pola, które roztaczają się wszędzie wokół nas, ponieważ większość urządzeń elektrycznych wykorzystuje je do swojego działania. Faktycznie negatywny taki wpływ można zaobserwować, ale jedynie w bardzo bliskiej odległości do takich urządzeń jak transformatory, stacje przekaźnikowe, czy linie wysokiego napięcia (ok. 700 kV). Jednak te negatywne skutki zazwyczaj dotyczą tylko bardzo wąskiej grupy osób, które pracują przy takich urządzeniach. Choć i to nie jest jeszcze do końca potwierdzone, ponieważ nie zbadano jeszcze wystarczającej liczby przypadków, aby jednoznacznie określić wpływ takiego pola elektromagnetycznego. Często także pojawiają się doniesienia, o tym, że takie pola elektromagnetyczne mają bardzo szkodliwy wpływ na dzieci i powodują wzrost liczby zachorowań na raka u nich. Swego czasu ukazał się nawet artykuł w polskiej prasie w którym autor powoływał się na wyniki badań amerykańskich naukowców. Badali oni 2 grupy dzieci, z których jedna mieszkała w pobliżu linii wysokiego napięcia, a druga w bardzo dużej odległości od niej. Każda z tych grup liczyła 716 dzieci. Otóż naukowcy Ci po zbadaniu tych dzieci stwierdzili, że w grupie mieszkającej w pobliżu linii wysokiego napięcia jest, 20 które mają nowotwór (co stanowi 2,8 % całej grupy), a natomiast w drugiej grupie tylko 9 (co stanowi 1,3 % przypadków). Tak, więc obiektywnie patrząc jest to 2 razy więcej przypadków zachorowań na raka. Autor artykuły na podstawie tych wyników wysnuł taki wniosek, że bez wątpienia pole elektromagnetyczne powoduje powstawanie raka. Jednak przyjrzyjmy się bliżej tym danym. Otóż, jeśli przyjmiemy, że w każdej tej grupie ryzyko zachorowania na raka jest takie samo, to dostajemy średnią liczbę zachorowań wynoszącą 2% grupy z dokładnością do 0,5%. Tak, więc wyniki, jakie otrzymali amerykańscy naukowcy mieszczą się w granicach dwóch standardowych odchyleń i nie można ich ze statystycznego punktu widzenia traktować jako dowodów naukowych. Można się, bowiem spodziewać, że w innych badaniach otrzymałoby się wyniki podobne dla obu grup.

W prasie jednak często pojawiają się wyniki badań przeprowadzonych przez jednych naukowców, którzy twierdzą, że wykazali szkodliwość wpływu pola elektromagnetycznego na zdrowie człowieka. Jednak prawie natychmiast pojawiają się prace innych naukowców dementujących te doniesienia i wytykających błędy tym pierwszym. Tak, więc, jak na razie nie stwierdzono jednoznacznie, jaki wpływ pole elektromagnetyczne o częstotliwości 50 Hz wywiera na nasz organizm.