שדה אלקטרומגנטי

שדה אלקטרומגנטי הוא שדה פיזיקלי המורכב משדה חשמלי ומשדה מגנטי. השדה מתאר את הכוח האלקטרומגנטי (כוח לורנץ, אחד מארבעת כוחות היסוד של הטבע) הפועל על מטען חשמלי, ליחידת מטען. בכל מקום שיש קרינה אלקטרומגנטית או גל אלקטרומגנטי קיימים שדות אלקטרומגנטיים שמרכיבים אותו.

כל גוף טעון חשמלית יוצר סביבו שדה חשמלי שהוא גודל וקטורי, כלומר יש לו גודל וכיוון. שינוי בשדה החשמלי יוצר שדה מגנטי (גם הוא וקטורי) שניצב לשינוי בשדה החשמלי. כאשר מטען נע בתנועה הרמונית, הוא יוצר שדה מתנודד שמשולב משדה חשמלי ושדה מגנטי. אחת התוצאות של משוואות מקסוול היא, ששדות חשמליים ומגנטיים המשתנים באופן מחזורי הם למעשה שני ביטויים של אותה תופעה, ולכן לא מדובר בשני שדות נפרדים, וניתן להתייחס לשדה כולו כ"שדה אלקטרו-מגנטי". השדה האלקטרומגנטי בנקודה מסוימת במרחב מגדיר את הכוחות (המגנטיים והחשמליים) שיפעלו על גוף טעון במטען חשמלי, אם יימצא בנקודה הזאת, במהירות מוגדרת. אם לא פועלים כוחות אחרים על הגוף, השדה מגדיר (כתוצאה מהפעלה פשוטה של חוקי ניוטון) גם את המתקף (השינוי בתנע) שלו. אם אנו יודעים מהי המסה של הגוף, נוכל לדעת מהי התאוצה שלו - כלומר, מה יהיה השינוי בגודל ובכיוון של המהירות של הגוף. אי לכך, די לדעת מהו השדה האלקטרומגנטי באזור מסוים בחלל ריק כדי לדעת כיצד ינוע אלקטרון שנשים שם במנוחה. כך ניתן לחשב, למשל, את מהירות ההתנגשות של חלקיקים טעונים במאיץ חלקיקים.

מנקודת מבט קלאסית, השדה האלקטרומגנטי מתואר על ידי שני שדות וקטוריים. הראשון הוא השדה החשמלי, הנוצר על ידי כל מטען חשמלי, והשני הוא השדה המגנטי הנוצר על ידי מטען חשמלי שנמצא בתנועה. השדה האלקטרומגנטי מתואר באופן מלא על ידי טנזור השדה האלקטרומגנטי, ועל ידי משוואות מקסוול. קרינה אלקטרומגנטית היא תנודה מחזורית של השדה האלקטרומגנטי.

מנקודת מבט מתמטית, שדה אלקטרומגנטי קלאסי הוא שדה חלק ורציף.

באלקטרודינמיקה קוונטית השדה האלקטרומגנטי הוא שדה קוונטי מסוג בוזון כיול הנוצר כתוצאה מהדרישה לשימור סימטריית כיול. קרינה אלקטרומגנטית בתורה הזו היא פוטון, שהוא חלקיק בוזון כיול, שמהווה עירור של השדה - כלומר מצב קוונטי עם אנרגיה הגבוהה מאנרגיית הריק ועם תנע.

הן בתיאור הקלאסי והן באלקטרודינמיקה קוונטית, השדה האלקטרומגנטי (והפוטון) מגיבים רק עם חלקיקים טעונים חשמלית.

השראה אלקטרומגנטית היא תהליך שבו שדה חשמלי שמשתנה בזמן גורם להופעה של שדה מגנטי, או שדה מגנטי שמשתנה בזמן גורם להופעה של שדה חשמלי. משוואות מקסוול מתארות את הקשרים בין המטען החשמלי, הזרם החשמלי, השדה החשמלי והשדה המגנטי. בשל צימוד זה בין השדה החשמלי והשדה המגנטי, בתנאים מסוימים מקיימת מערכת את משוואת הגלים.

השפעה על הבריאות ובטיחות

ההשפעות הפוטנציאליות של שדות אלקטרומגנטיים על בריאות האדם משתנות מאוד בהתאם לתדירות ולעוצמת השדות.

ההשפעות הבריאותיות הפוטנציאליות של שדות אלקטרומגנטיים בתדירות נמוכה מאוד המקיפות קווי מתח ומכשירים חשמליים הן נושא למחקר מתמשך וכמות משמעותית של דיון ציבורי. המכון הלאומי האמריקאי לבטיחות ולבריאות תעסוקתית (NIOSH) וסוכנויות ממשלתיות אחרות בארצות הברית אינם רואים בשדות אלקטרומגנטיים סכנה בריאותית מוכחת. NIOSH פרסמה כמה המלצות אזהרה אך מדגישה כי הנתונים מוגבלים כיום מכדי להסיק מסקנות טובות^[1]. בשנת 2011, ארגון הבריאות העולמי/הסוכנות הבינלאומית לחקר סרטן (IARC) סיווג שדות אלקטרומגנטיים בתדר רדיו כמסרטנים אפשריים לבני אדם (קבוצה 2B), בהתבסס על סיכון מוגבר לגליומה, סוג ממאיר של סרטן המוח, הקשור לשימוש בטלפון אלחוטי^[2].

תמיד ניתן להניח שאנשים העובדים בציוד ומתקנים חשמליים חשופים לשדות אלקטרומגנטיים. החשיפה של עובדי משרד לשדות שנוצרו על ידי מחשבים, צגים וכו' היא זניחה בגלל עוצמות השדה הנמוכות. עם זאת, מתקנים תעשייתיים להקשחה אלקטרומגנטית, התכה או ציוד ריתוך עשויים לייצר עוצמות שדה גבוהות במידה ניכרת ולדרוש עוד בדיקה. אם לא ניתן לקבוע את החשיפה על פי מידע היצרנים, השוואות למערכות דומות או חישובים אנליטיים, יש לבצע מדידות. תוצאות ההערכה מסייעות להעריך סכנות אפשריות לבטיחות ובריאות העובדים ולהגדיר אמצעי הגנה. מאחר ששדות אלקטרומגנטיים עשויים להשפיע על השתלות פסיביות או אקטיביות של עובדים, חיוני לשקול את החשיפה במקומות העבודה שלהם בנפרד בהערכת הסיכונים^[3].

מצד שני, ידוע שקרינה מחלקים אחרים של הספקטרום האלקטרומגנטי, כגון אור אולטרה סגול, קרני רנטגן וקרני גמא, גורמת לנזק משמעותי בנסיבות מסוימות.