campo elettrico E - ISPRA

Corso di specializzazione per
“Addetti al Comando CC Tutela
Ambiente”
Normativa Tecnica
Claudio Baratta
1
Concetti fisici di base
Col termine "campo elettromagnetico" o "radiazione
elettromagnetica" si intende il complesso di grandezze
e fenomeni fisici governati da un insieme di equazioni
che James Maxwell mise a punto nella seconda metà
del XIX secolo, riprendendo e completando il lavoro
sperimentale e teorico sull'elettricità ed il magnetismo
compiuto da un grande numero di studiosi (come
Galvani, Volta, Oersted, Laplace, Ampere, Farady per
citare solo i più noti) nei due secoli precedenti.
NB I termini campo elettrico, campo elettromagnetico,
onda elettromagnetica NON sono sinonimi, ma
rappresentano aspetti diversi dell'elettromagnetismo,
da tenere distinti anche in considerazione delle diverse
modalità di interazione con gli individui umani e quindi
delle diverse eventuali conseguenze sanitarie.
2
Il Campo Elettrico
Il campo elettrico (E) è la grandezza fisica attraverso la
quale descriviamo una regione di spazio le cui
proprietà sono perturbate dalla presenza di una
distribuzione di carica elettrica. Il modo più evidente
con cui questa perturbazione si manifesta è attraverso
la forza che viene esercitata su una qualunque altra
carica introdotta nel campo stesso.
F = qE
3
Il Campo Elettrico (2)
Il campo elettrico viene descritto mediante un vettore E
che in ogni punto della regione di spazio indica la
direzione, l'intensità ed il verso della forza che agisce
su una carica puntiforme unitaria positiva che venga
posta in quel punto; l'intensità del campo elettrico si
misura in volt al metro (V/m). Grazie alla forza che
esercita sulle cariche, il campo elettrico è in grado di
provocare correnti elettriche nei materiali conduttori.
4
Il Campo Magnetico
Il campo magnetico (H) è la grandezza fisica attraverso
la quale descriviamo una regione di spazio le cui
proprietà sono perturbate dalla presenza di una
distribuzione di corrente elettrica, perturbazione che si
manifesta con una forza che agisce su qualunque altra
corrente elettrica introdotta nel campo.
5
Il Campo Magnetico (2)
Il campo magnetico può essere descritto mediante un
vettore H oppure un vettore B (induzione magnetica)
definito in maniera un po' complessa, ma in ogni caso
riconducibile alla forza che in ogni punto della regione
di spazio si manifesta su una corrente elementare che
venga posta in quel punto; l'intensità dell'induzione
magnetica si misura in tesla (T).
B = µH
Dove µ, la permeabilità magnetica, è un parametro
caratteristico del materiale e rappresenta l’attitudine di
questo a lasciarsi magnetizzare.
6
Il Campo Magnetico (3)
Una delle caratteristiche più importanti del campo
magnetico variabile nel tempo, almeno dal punto di
vista sia della misura sia dell'interazione con organismi
biologici, consiste nella sua capacità di provocare
correnti elettriche all'interno di oggetti conduttori dove
in assenza di campo esse non erano presenti.
7
Sorgenti dei campi E e H
Carica elettrica e corrente elettrica sono dunque le
sorgenti materiali rispettivamente del campo elettrico e
del campo magnetico.
Campo
Elettrico
Campo
Magnetico
Generato da
qualunque
oggetto
dotato di
carica
elettrica
qualunque
conduttore
percorso da
corrente
elettrica
È una regione di spazio
nella quale si manifestano
forze che agiscono su
altri oggetti
dotati di
carica
elettrica
altri
conduttori
percorsi da
corrente
elettrica
8
Sorgenti dei campi E e H (2)
Un campo elettrico può essere generato, oltre che da
una distribuzione di carica elettrica, anche da un
campo magnetico variabile nel tempo; analogamente
un campo magnetico può essere generato, oltre che da
una distribuzione di corrente elettrica, anche da un
campo elettrico variabile nel tempo. In altre parole,
quando si è in regime variabile nel tempo, campo
elettrico e campo magnetico divengono uno la sorgente
(cioè la "causa") dell'altro.
9
Sorgenti dei campi E e H (3)
Grazie a questa interdipendenza, il campo elettrico ed il
campo magnetico possono in quel caso essere
considerati come due aspetti di un'unica grandezza
fisica (il campo elettromagnetico) in grado di
propagarsi a distanza indefinita dalla sorgente, un
fenomeno indicato anche col termine radiazione
elettromagnetica. In molti casi importanti, risulta che
l'ampiezza del campo elettromagnetico radiato varia in
modo oscillatorio sinusoidale tanto nel tempo quanto
nello spazio: si parla allora di onda elettromagnetica.
10
L’onda elettromagnetica
Le onde elettromagnetiche sono una forma di
propagazione di energia nello spazio e, a differenza
delle onde meccaniche (es. onde sonore) per le quali
c’è bisogno di un mezzo, possono propagarsi anche
nel vuoto
11
Lo spettro elettromagnetico
Lo spettro EM è suddiviso in due regioni:
• radiazioni non ionizzanti (NIR, Non Ionizing Radiations)
• radiazioni ionizzanti (IR, Ionizing Radiations)
12
IR e NIR
Tale classificazione è associata al fatto che l’energia
trasportata dalle onde elettromagnetiche sia o meno
sufficiente a ionizzare gli atomi, cioè a strappar loro gli
elettroni e quindi a rompere i legami atomici che tengono
unite le molecole nelle cellule. La ionizzazione, quando
avviene (cioè se la frequenza è sufficiente), avviene per
qualunque intensità: quello che cambia con l'intensità
della radiazione è solo il numero di atomi che subiranno
il processo, rapportato all'unità di tempo e di superficie
esposta.
13
IR e NIR (2)
La distinzione tra radiazioni ionizzanti e non riveste una
grande importanza per quel che riguarda gli effetti
biologici: il meccanismo di ionizzazione può infatti
provocare nei tessuti alterazioni genetiche e tumori.
Le radiazioni ionizzanti sono pertanto cancerogeni certi
a qualunque livello di intensità.
Quando si parla di inquinamento elettromagnetico ci si
riferisce invece alle radiazioni elettromagnetiche non
ionizzanti (radiazioni con frequenza inferiore a quella
della luce infrarossa, NIR).
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Normativa
Possiamo distinguere tra:
• Normativa di legge: disposizioni normative emanate
da organismi governativi (UE, Stato, Regioni,
Province, Comuni, etc.)
• Normativa tecnica: disposizioni normative emanate
da organismi autorevoli non governativi (CEI,
CENELEC, IEC, etc.)
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Normativa tecnica
Il CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano), attraverso il
suo Comitato Tecnico 106 (ex CT 211) interessato alla
preparazione di norme sull'esposizione umana ai campi
elettromagnetici, ha già in vigore dal 2001 due
documenti normativi fondamentali (le Guide CEI 211-6 e
CEI 211-7), che definiscono i criteri di misura e di
valutazione dei campi elettromagnetici rispettivamente
a bassa e ad alta frequenza.
Tali Guide sono espressamente citate nei due DPCM
dell’8/7/2003 come riferimento tecnico per le modalità di
misurazione e valutazione dell’esposizione.
211-6 e 211-7: le pietre miliari!
16
Norme CEI 211-6 e 211-7
Le due norme sono strutturate in modo identico ed
hanno come scopo quello di fornire una metodologia
per la misura delle grandezze fisiche che caratterizzano
i campi magnetici ed elettrici a bassa frequenza (211-6)
o i campi elettromagnetici ad alta frequenza (211-7), in
vista della valutazione dei livelli di esposizione, in un
determinato ambiente, della popolazione e dei
lavoratori addetti. In pratica tali guide:
• definiscono la terminologia
• descrivono le caratteristiche generali dei campi
magnetici ed elettrici (211-6) o elettromagnetici (211-7)
• descrivono le principali sorgenti
17
Norme CEI 211-6 e 211-7 (2)
• identificano le specifiche per i misuratori di campo
• richiamano i principi generali di funzionamento degli
strumenti
• indicano i metodi di taratura
• definiscono le prescrizioni relative all’incertezza degli
strumenti
• descrivono i metodi di misura che permettono di
raggiungere gli obiettivi richiesti per quanto riguarda
la caratterizzazione dell’esposizione umana
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Definizioni
Campo elettrico (E)
Grandezza vettoriale che, in ogni punto di una data
regione di spazio, rappresenta il rapporto tra la forza
esercitata su una carica elettrica q ed il valore della carica
medesima. L’unità di misura nel sistema S.I. è il Volt/metro
(V/m).
Campo magnetico (H)
Grandezza vettoriale pari al rapporto tra l’induzione
magnetica B e la permeabilità magnetica µ del mezzo.
L’unità di misura nel sistema S.I. è l’Ampere/metro (A/m).
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Definizioni (2)
Induzione magnetica (B)
Grandezza vettoriale che, in ogni punto di una data
regione, determina una forza F su una carica q in moto
con la velocità v:
F = q (v x B)
L’unità di misura nel sistema S.I. è il Tesla (T).
Densità di potenza (S)
Potenza che fluisce nell'unità di superficie posta
perpendicolarmente alla direzione di propagazione
dell'onda elettromagnetica.
L’unità di misura nel sistema S.I. è il Watt per metro
quadrato (W/m2).
20
Definizioni (3)
Frequenza (f)
Numero di periodi nell’unità di tempo. L’unità di misura nel
sistema S.I. è l’Hertz (hz).
Lunghezza d’onda ( )
Parametro di un’onda e.m. legato alla frequenza ed alla
velocità di propagazione v dall’espressione v = f . Nel
vuoto la velocità di un’onda e.m. è uguale alla velocità
della luce (c). L’unità di misura nel sistema S.I. è il metro
(m).
21
Definizioni (4)
Onda piana
Distribuzione del campo e.m. in cui in ogni punto ed in
ogni istante i vettori campo elettrico e campo magnetico
sono perpendicolari fra loro e giacciono su piani
perpendicolari alla direzione di propagazione.
22
Definizioni (5)
Regione di campo lontano
Regione dello spazio in cui il campo e.m. si propaga per
onde sferiche. Localmente è sempre possibile
approssimare un’onda sferica mediante un’onda piana.
Per un’onda piana il campo e.m. è composto da
distribuzioni uniformi delle intensità di campo elettrico e
magnetico nello spazio, su piani che sono a 90° l’uno
rispetto all’altro ed ortogonali rispetto alla direzione di
propagazione dell’onda e.m.. I campi elettrico e magnetico
sono in fase e le ampiezze sono legate da una relazione
costante (E/H = 377 Ω nel vuoto).
La zona di campo lontano si estende da una distanza dalla
sorgente di o di 2D2/ (il maggiore dei due valori), fino
all’infinito dove D è la massima dimensione della sorgente.
23
Definizioni (6)
Regione di campo vicino radiativo
Regione nella quale comincia a formarsi il fascio di radiazione.
Tale regione, quando presente, inizia alla distanza di
transizione e si esaurisce ad una distanza pari a o 2D2/ (il
maggiore dei due valori), dove D è la massima dimensione della
sorgente.
Regione di campo vicino reattivo
Regione nella quale le componenti reattive del campo
elettromagnetico predominano su quelle radiative. Essa è
localizzata nelle immediate vicinanze della sorgente. Questa
zona si estende dalla superficie della sorgente fino ad una
distanza di transizione dell’ordine della lunghezza d’onda (da
/2 a 3 in relazione alla lunghezza d’onda ed alla dimensione
della sorgente).
24
Importanza della frequenza
Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate dalla
intensità (legata all'ampiezza dell'onda), dalla frequenza
(numero di cicli d'onda completi che si susseguono
nell'unità di tempo) e dalla lunghezza d'onda (distanza
nello spazio tra due successive creste d'onda).
Frequenza e lunghezza d'onda sono inversamente
proporzionali:
λ = c/f
La frequenza condiziona tutti gli aspetti teorici e
tecnologici connessi con l'elettromagnetismo: le
tecniche per generare campi elettromagnetici, i sistemi
per rivelarli e misurarli, le modalità con cui essi si
propagano ed interagiscono con la materia (e quindi
con gli organismi biologici).
25
Importanza della frequenza (2)
Per questo motivo, anche gli effetti biologici dei campi
elettromagnetici dipendono profondamente dalla
frequenza, al punto che un campo elettrico di fissata
intensità può essere pressoché insignificante o assai
pericoloso, a seconda della sua frequenza: ciò spiega
perché le norme di sicurezza specifichino sempre limiti
massimi notevolmente variabili con la frequenza. Due
sono gli aspetti significativi di questa questione.
1. La frequenza condiziona la struttura del campo
elettromagnetico nell'intorno della sorgente, che si
modifica notevolmente in funzione della distanza da
essa, rapportata alla lunghezza d'onda del campo,
passando dalla zona dei campi reattivi a quella dei
campi radiativi.
26
Importanza della frequenza (3)
2. Il meccanismo di accoppiamento fisico tra campi ed
oggetti biologici dipende in modo critico dal rapporto
tra la dimensione dell'organismo esposto e la
lunghezza d'onda del campo (e quindi dalla sua
frequenza).
L'intensità della radiazione indica l'effettiva ampiezza
del campo e quindi delle forze che esso può esercitare.
Essa rappresenta anche la quantità di energia
trasportata per unità di tempo e di superficie
ortogonale alla direzione di propagazione. Qualunque
fenomeno di interazione si studi, esso, se si verifica, è
normalmente tanto più evidente quanto più la
radiazione è intensa.
27
Importanza della distanza dalla sorgente
L’analisi della struttura del campo in funzione della distanza
dalla sorgente mostra che in prossimità prevalgono il campo
elettrico ed il campo magnetico prodotti dalle sorgenti
materiali presenti su di essa, mentre per distanze maggiori
di circa una lunghezza d'onda diviene prevalente il campo
elettromagnetico dovuto alla mutua generazione, cioè alla
radiazione.
Nelle immediate vicinanze di una sorgente (antenna,
apparato industriale a radiofrequenza, elettrodomestico), e
fino a circa un decimo di lunghezza d'onda di distanza da
essa, il campo elettrico ed il campo magnetico sono del
tutto indipendenti uno dall'altro, essendo legati e
determinati dalle rispettive "sorgenti fisiche" (cariche e
correnti); essi perciò non possono essere ricavati uno
dall'altro e devono essere valutati separatamente.
28
Importanza della distanza dalla sorgente (2)
A distanze superiori, la struttura dei campi inizia a
risentire del fenomeno della radiazione (ovvero la
"mutua generazione" tra campo elettrico e campo
magnetico), che resta l'unico significativo per distanze
dalla sorgente superiori a circa una lunghezza d'onda.
Grazie a questa mutua generazione, i campi si
propagano a distanza indefinita dalla sorgente,
assumendo una struttura detta di tipo radiativo nella
quale il campo elettrico ed il campo magnetico sono
perpendicolari tra di loro ed alla direzione di
propagazione.
29
Importanza della distanza dalla sorgente (3)
In molti casi importanti le ampiezze dei campi radiativi
variano in modo sinusoidale tanto nel tempo quanto
nello spazio: si parla allora di onda elettromagnetica.
Un'onda elettromagnetica trasporta energia; la densità
di potenza (energia trasportata per unità di tempo e di
superficie, espressa in watt al metro quadrato, W/m2)
risulta proporzionale al prodotto delle intensità del
campo elettrico e del campo magnetico e costituisce
un'altra grandezza accessibile di misura attraverso la
quale caratterizzare l'intensità della radiazione.
30
Norma CEI 211-6
Norma Italiana CEI 211-6 (anno 2001): “Guida per la
misura e per la valutazione dei campi elettrici e
magnetici nell’intervallo di frequenza 0 Hz - 10 kHz, con
riferimento all’esposizione umana”
Le procedure e le metodologie di misura (e la
conseguente strumentazione) descritte si applicano ai
campi magnetici ed elettrici a bassa frequenza,
nell’intervallo compreso tra 0 Hz e 10 kHz, prodotti da
sorgenti impiegate in vari settori quali quello
industriale, domestico e della ricerca.
31
Esposizione a CE e CM a bassa frequenza
E’ direttamente legata ai valori di alcune grandezze
elettriche che per effetto di tali campi si stabiliscono
all’interno del corpo umano (grandezze interne):
intensità di CE e soprattutto densità di corrente interna.
Le grandezze interne non sono direttamente misurabili
vengono misurate le grandezze esterne (CE e CM)
le cui correlazioni con quelle interne vengono
ricavate tramite modelli matematici applicati allo
studio dell’esposizione di fantocci.
La misura dei CE e CM a bassa frequenza avviene
sempre in regione di campo vicino reattivo: anche per
la f più alta (10 kHz) si ha λ = 30 Km, valore molto
elevato rispetto alle usuali distanze di misura.
32
Esposizione a CE e CM a bassa frequenza (2)
la caratterizzazione completa dell’esposizione
prevede la misura sia del CE che del CM
Il CE dipende dalle tensioni presenti nell’impianto o
nell’apparecchiatura che produce tali campi
Il CM dipende dalle correnti in esso circolanti
In generale tensioni e correnti sono quantità del tutto
indipendenti
33
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza
Le principali sorgenti di CE e CM a bassa frequenza
possono essere suddivise in:
• linee e stazioni elettriche
• apparecchiature presenti in ambiente domestico
(elettrodomestici: asciugacapelli, lavastoviglie, etc.)
• apparecchiature presenti
(saldatrici, forni, etc.)
in ambiente industriale
34
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (2)
Linee e stazioni elettriche
Campo elettrico
Le linee elettriche aeree sono sorgenti di CE a bassa
frequenza che possono interessare l’esposizione della
popolazione.
I CE presenti nelle stazioni riguardano invece
principalmente i lavoratori addetti all’esercizio e alla
manutenzione.
Le linee in cavo interrato non producono CE all’esterno
in quanto le guaine metalliche dei cavi costituiscono
un’efficace schermatura.
35
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (3)
Il CE prodotto da una linea aerea in un dato punto si
riduce:
• al diminuire della tensione della linea
• all’aumentare della distanza dalla linea
• all’aumentare dell’altezza della linea
• al diminuire della distanza tra i conduttori (linee
“compatte”)
• al diminuire delle dimensioni del conduttore o del
fascio di conduttori
• al diminuire delle distanze delle eventuali funi di
guardia dai conduttori
Il CE al suolo è molto influenzato dalla presenza di
oggetti (anche se scarsamente conduttori) come la
vegetazione e le pareti degli edifici
36
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (4)
37
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (5)
Campo magnetico
Le linee elettriche aeree sono sorgenti di CM a bassa
frequenza che possono interessare l’esposizione della
popolazione.
I CM presenti nelle stazioni riguardano invece
principalmente i lavoratori addetti all’esercizio e alla
manutenzione.
Contrariamente a quanto avviene per il CE, le linee in
cavo interrato sono sorgenti di CM, in quanto le guaine
dei cavi non costituiscono una schermatura efficace
per tale campo.
38
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (6)
Il CM prodotto da una linea aerea in un dato punto si
riduce:
• al diminuire della corrente circolante nella linea
• all’aumentare della distanza dalla linea
• all’aumentare dell’altezza della linea
• al diminuire della distanza tra i conduttori (linee
“compatte”)
• al diminuire delle distanze delle eventuali funi di
guardia dai conduttori
39
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (7)
Mentre il CE prodotto da una linea, dipendendo dalla
tensione, fissa, della linea, è praticamente costante nel
tempo, il CM, dipendendo dalla corrente che a
differenza della tensione varia notevolmente al variare
delle condizioni di carico della linea, può assumere
valori assai diversi in diversi periodi di osservazione
(ad es. nei diversi periodi dell’anno) e deve essere
quindi analizzato in termini statistici
40
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (8)
41
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (9)
42
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (10)
Sorgenti in ambienti domestici e industriali
Campo elettrico
Negli ambienti domestici e similari i CE prodotti dagli
impianti di distribuzione dell’energia elettrica e dalle
apparecchiature sono di entità molto minore rispetto a
quelli prodotti da linee e stazioni ad alta tensione e
decrescono molto rapidamente allontanandosi dalla
sorgente (diventano trascurabili a distanze di ≈ 1-2 m).
Solamente nelle estreme vicinanze di apparecchiature
di particolari impianti industriali possono essere
presenti livelli di CE paragonabili a quelli prodotti da
linee e stazioni ad alta tensione: in questo caso sono
interessati i soli lavoratori esposti.
43
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (11)
Campo magnetico
A differenza del CE che è assai modesto nella maggior
parte degli ambienti industriali, domestici e pubblici, il
CM presente in tali ambienti può assumere valori
rilevanti, ad es. nell’intorno di alcuni elettrodomestici,
di tipiche macchine da ufficio (pc, fotocopiatrici, etc.) e
di apparecchiature utilizzate in ambiente industriale
(forni, saldatrici, etc.).
44
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (12)
I
CM
generati
dalle
apparecchiature domestiche
sono localizzati in vicinanza
della sorgente e quindi
interessano solitamente zone
parziali del corpo. L’intensità
dei campi è molto variabile a
seconda del tipo di apparato,
della
potenza
e
della
condizione di funzionamento.
In figura i valori di induzione
magnetica generati da alcuni
elettrodomestici a diverse
distanze dal corpo.
45
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (13)
46
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (14)
Osservazione
Negli ambienti di vita e di lavoro, tutti gli apparecchi
alimentati con l’energia elettrica sono sorgenti di campi
elettrici e magnetici ELF.
Il campo elettrico è sempre presente negli ambienti
domestici indipendentemente dal funzionamento degli
elettrodomestici.
Il campo magnetico, invece, si produce solamente
quando gli apparecchi vengono messi in funzione ed in
essi circola corrente.
47
Sorgenti di CE e di CM a bassa frequenza (15)
A Spina non attaccata: CE
presente solo nella presa
sotto tensione
B Spina
attaccata
ma
interruttore spento: il CE
si estende anche alla
lampada
C Interruttore
acceso:
il
passaggio di corrente
necessario all’accensione
della lampadina genera il
CM
48
Norma CEI 211-7
Norma Italiana CEI 211-7 (anno 2001): “Guida per la
misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici
nell’intervallo di frequenza 10 kHz - 300 GHz, con
riferimento all’esposizione umana”
Le procedure e le metodologie di misura (e la
conseguente strumentazione) descritte si applicano ai
campi elettromagnetici ad alta frequenza, nell’intervallo
compreso tra 10 kHz e 300 GHz, prodotti da sorgenti
impiegate in vari settori quali quello industriale,
domestico, medicale, delle telecomunicazioni e della
ricerca.
49
Esposizione a CEM ad alta frequenza
E’ direttamente legata ai valori di alcune grandezze
elettriche che per effetto di tali campi si stabiliscono
all’interno del corpo umano (grandezze interne): intensità
di CE, la densità di corrente indotta (J) e il tasso di
assorbimento specifico (SAR), a cui è strettamente legata
la sovratemperatura corporea. Alle f più elevate è il SAR il
parametro più correlato agli effetti acuti (a breve termine)
dei CEM.
I sistemi biologici sono molto disomogenei
la potenza
assorbita all’interno del corpo varia da punto a punto con
presenza di punti di accumulo di potenza (hot spots) che si
manifestano ad es. in corrispondenza di punti in cui si ha
restringimento della sezione trasversale (caviglie,
ginocchia, collo) in cui la potenza depositata può assumere
valori da 10 a 20 volte quella media in tutto il corpo.
50
Esposizione a CEM ad alta frequenza (2)
L’aumento della temperatura corporea è contrastato dal
sistema di termoregolazione che interviene per
ripristinare le condizioni di equilibrio termico, sia dovuto
a riscaldamento attivo (come quando si compie un
intenso lavoro fisico) che a riscaldamento passivo
esterno. Il tempo di reazione per l'uomo è di circa 6
minuti dopo i quali, in un periodo di tempo che dipende
dalla potenza assorbita, la temperatura corporea si
assesta ad un valore di equilibrio superiore a quello
fisiologico.
Qualora
l’esposizione
continui,
il
sistema
di
termoregolazione può non essere più in grado di
contenere l'aumento di temperatura che può crescere
arrivando a causare danni anche irreversibili per l’uomo.
51
Esposizione a CEM ad alta frequenza (3)
Le grandezze interne non sono direttamente misurabili
vengono misurate le grandezze esterne (CE, CM e
densità di potenza incidente) le cui correlazioni con
quelle interne vengono ricavate tramite modelli
matematici applicati allo studio dell’esposizione
di fantocci.
52
Caratteristiche generali dei CEM
La propagazione delle onde elettromagnetiche avviene
nel vuoto (e praticamente anche in aria) alla velocità
della luce
C = 3 x 108 m/s
Le grandezze fisiche che caratterizzano l’onda EM sono:
• campo elettrico E
• campo magnetico H
• densità di potenza S associata all’onda, espressa come
modulo del vettore di Poynting (la cui direzione e verso
sono quelli di propagazione dell’onda):
S=ExH
53
Caratteristiche generali dei CEM (2)
In generale i CEM riscontrabili in una zona ad una certa
distanza dalle sorgenti hanno andamenti variabili nello
spazio e nel tempo in modo abbastanza complesso in
relazione alle caratteristiche delle sorgenti e della zona (f
dei segnali, orografia del terreno, presenza di ostacoli)
con legami complessi tra le componenti elettrica e
magnetica del campo.
Fortunatamente molte situazioni reali possono essere
ricondotte nel caso particolare di onda piana uniforme
(situazioni di campo lontano da sorgenti e ostacoli): in
questo caso
• E e H sono ⊥ e in fase tra loro (e giacciono su un
piano ⊥ alla direzione di propagazione dell’onda)
• E/H = cost
54
Caratteristiche generali dei CEM (3)
• E/H = cost = Z0 = impedenza caratteristica del mezzo
Nel vuoto (e in aria):
Z0 = 377 Ω
• In ogni istante la densità di potenza associata all’onda
è: S = E H
55
Caratteristiche generali dei CEM (4)
56
Caratteristiche generali dei CEM (5)
Nella zona di campo vicino reattivo non esiste una
correlazione tra E e H
Nella zona di campo vicino radiativo ancora non si
realizza la propagazione per onda piana ma E e H
iniziano a variare in maniera pressoché proporzionale
(E/H = cost)
Nella zona di campo lontano avviene la tipica
propagazione per onda piana e la ddp vale:
P ⋅ G (θ , ϕ )
S=
4πR 2
P: potenza fornita dal tx dell’antenna
G(θ
θ,ϕ
ϕ): guadagno dell’antenna tx
R: distanza antenna-punto di osservazione
57
Sorgenti di CEM ad alta frequenza
Le sorgenti di CEM ad alta frequenza possono essere
suddivise in:
• Radiatori intenzionali
Hanno come scopo l’emissione di onde EM (sistemi di
TLC)
• Radiatori non intenzionali
Non sono progettati per irradiare energia EM
nell’ambiente esterno: emettono onde EM come
effetto secondario (es. forni a microonde)
58
Sorgenti di CEM ad alta frequenza (2)
59
Sorgenti di CEM ad alta frequenza (3)
Le sorgenti di CEM possono essere classificate in base
ai seguenti settori di utilizzo:
• industriale
• domestico
• medicale
• ricerca
• radiotelecomunicazione
60
Sorgenti di CEM ad alta frequenza (4)
Settore industriale
• applicatori di tipo induttivo
• applicatori di tipo capacitivo
• forni a microonde
Settore domestico
• sistemi di rilevazione (allarme, antirapina, etc.)
• forni a microonde
61
Sorgenti di CEM ad alta frequenza (5)
Settore medicale (fini diagnostici, terapeutici e
chirurgici)
• diatermia (marconiterapia, radarterapia)
• ipertermia
• risonanza magnetica nucleare
• strumentazione chirurgica (unità elettrochirurgiche
e elettrocauterizzanti, per tagliare e cauterizzare)
Settore ricerca
• strumentazione utilizzata in radioastronomia, fisica
nucleare, radiospettrometria, ricerca spaziale, etc.
62
Sorgenti di CEM ad alta frequenza (6)
Settore radiotelecomunicazione
• ponti radio (collegamenti punto-punto e puntomultipunto)
• radiomobili (telefoni cellulari, telefoni cordless,
apparecchiature per radioamatori)
• sistemi radio-TV
• apparati per trasmissioni via satellite
• radar (per radionavigazione, meteorologici, etc.)
63
Normativa tecnica: esempi
Norma Italiana CEI 211-6 (anno 2001): “Guida per la
misura e per la valutazione dei campi elettrici e
magnetici nell’intervallo di frequenza 0 Hz - 10 kHz, con
riferimento all’esposizione umana”
Norma Italiana CEI 211-7 (anno 2001): “Guida per la
misura e per la valutazione dei campi elettromagnetici
nell’intervallo di frequenza 10 kHz - 300 GHz, con
riferimento all’esposizione umana”
Norma Italiana CEI 211-10;V1 (anno 2004): “Guida alla
realizzazione di una Stazione Radio Base per rispettare
i limiti di esposizione ai campi elettromagnetici in alta
frequenza
Appendice H: Metodologie di misura per segnali UMTS
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La Guida Tecnica ANPA del 2000
ANPA RTI CTN_AGF 1/2000: "Guida tecnica per la
misura
dei
campi
elettromagnetici
compresi
nell´intervallo di frequenza 100 kHz - 3 GHz in
riferimento all´esposizione della popolazione"
E’ una guida tecnica che affronta le problematiche di
misura
delle
radiazioni
elettromagnetiche
a
radiofrequenza
generate
da
impianti
per
telecomunicazione e segue l’entrata in vigore del DM
381/98 sulla regolamentazione delle emissioni da
impianti per telecomunicazione.
E’ un documento tecnico di riferimento per tutti gli
operatori impegnati nella valutazione del rispetto dei
limiti imposti dalla normativa vigente.
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