Svarið við fyrri spurningunni er nei: Það er ekki hægt að eyða rafsegulbylgjum inni í húsi með tóli sem grafið er í jörð úti í garði. Hins vegar er vel hægt að eyða rafsegulbylgjum af tilteknum tegundum með því að útbúa húsið sjálft með viðeigandi hætti sem lýst er í svarinu. Svarið við seinni spurningunni er líka nei: Það skiptir ekki máli hvernig rafmagnsklær snúa en hins vegar skiptir miklu máli að þær séu rétt tengdar, þar á meðal jarðtengdar.
Segja má í grófum dráttum að saga rafsegulfræðinnar hafi byrjað um aldamótin 1800. Á fyrri hluta nítjándu aldar fleygði skilningi manna á rafsegulfyrirbærum mjög fram. Kóróna þeirrar þróunar er jöfnur Maxwells sem skoski eðlisfræðingurinn James Clerk Maxwell (1831-1879) setti fram upp úr 1860. Þær fela í sér alla klassíska rafsegulfræði í hnotskurn en á þeim fræðum byggjast gífurlegar og hraðskreiðar tækniframfarir, allt frá heimilisraftækjum til háspennulína og frá síma til sjónvarps, en það er einmitt eitt dæmið um rafsegulbylgjur og nýtingu þeirra. Fjölbreytnin í notkun rafsegulfyrirbæra hvarvetna í kringum okkur er einmitt gott vitni um það hversu staðgóðan skilning við höfum nú á dögum á þessum fræðum.
Hefðbundin rafsegulfræði tekur meðal annars á því hvernig rafsegulsvið víxlverkar við efni, það er að segja hvaða áhrif til dæmis rafsegulbylgjur hafa á efni og hvaða áhrif efnið hefur á bylgjurnar. Með skammtafræðinni í upphafi tuttugustu aldar fengu eðlisfræðingar síðan enn nánari skilning á þessari víxlverkun við efni eins og málma, hálfleiðara og lofthjúp. Sú þróun hófst um 1930 og náði hápunkti fyrir 1980 með nákvæmri smásærri lýsingu á víxlverkun rafsegulbylgna við allt venjulegt efni í kringum okkur.
Þessari þróun er þó ekki lokið því að vísindamenn eru nú að smíða smásæ kerfi efnis með óvenjulega eiginleika. Til dæmis hefur tekist að hægja á ljósi eða stöðva það alveg í þar til gerðum manngerðum kristöllum.
Þessar sögulegu staðreyndir eru raktar hér til þess að minna á að rafsegulsviði og efni er lýst með vel þekktum jöfnum Maxwells og Schrödingers á öllum stærðarkvörðum niður í lengdir sem eru smærri en einstök atóm. Eins hafa eðlisfræðingar náð mikilli nákvæmni við mælingar á stærðum sem tengjast rafsegulsviði. Nú má mæla spennu og viðnám með óvissu upp á einn milljarðasta hluta, og hleðslu með óvissu sem er minni en hleðsla einnar rafeindar.
Strax í árdaga rafsegulfræðinnar varð mönnum ljóst að hægt er að útiloka utanaðkomandi rafsegulsvið af tilteknum tegundum frá ákveðnu rými ef menn vilja. Þetta kom glöggt fram í svokölluðum rafbúrum sem enski eðlisfræðingurinn Michael Faraday (1791-1867) fann upp og sýndi mönnum í eftirminnilegum tilraunum. Slíkt búr er gert úr málmi, ýmist með heilum málmþynnum í veggjunum, málmgrind eða málmi með enn annarri lögun. Það fer síðan eftir þessari lögun hvers konar rafsegulsvið útilokast hverju sinni.
Til dæmis er venjulegur fjölskyldubíll eins konar rafbúr. Ef eldingu slær niður í hann skaðar það ekki þá sem í honum sitja ef þeir reyna ekki að koma sér út. Ef við setjum útvarpsviðtæki inn í bílinn verður móttakan léleg af því að rafsegulsvið útvarpsbylgnanna nær illa inn í hann. Þess vegna þurfum við að koma fyrir útvarpsloftneti fyrir utan bílinn. En eftir því sem tíðni rafsegulsviðsins hækkar verður bíllinn lélegra rafbúr. Dæmi um það er tíðnin sem notuð er í farsímum og er miklu hærri en í útvarpi. Við eigum því ekki í vandræðum með að nota farsíma þó að við sitjum inni í bílnum.
Nánari skýring á þessu er sú að bílinn er aðeins gott rafbúr fyrir rafsegulbylgjur sem hafa miklu lengri bylgjulengd en stærð glugganna á honum. Rafsviðið í eldingunni hefur lága tíðni og því mjög langa bylgjulengd og bylgjulengd útvarps getur verið frá stærðarþrepinu 1 km (langbylgja) niður í metra (FM). En bylgjulengdin sem notuð er í farsímum er aðeins nokkrir tugir sentimetra, miklu minni en hæð og breidd bílglugganna. Við vitum líka að rafsegulsvið með enn hærri tíðni (og minni bylgjulengd) eins og ljós sleppur vel inn um gluggana, en stöðvast eða endurkastast á málmhylki bílsins.
Íbúðarhús nútímans geta líka verið rafbúr, „eins og þau koma af skepnunni“, að minnsta kosti gagnvart ákveðnum bylgjulengdum. Við þekkjum flest mörg dæmi þess ef að er gáð. Steypustyrktarjárn í veggjum og bárujárn í þaki deyfir oft móttökuskilyrði fyrir útvarpssendingar um loftnet sem eru inni í íbúðarhúsum. Þess vegna eru útiloftnet yfirleitt betri en inniloftnet.
Margir munu líka kannast við að GPS-tæki verka ekki inni í húsum og raunar ekki heldur í bílum nema þá að þau liggi alveg við framrúðuna. Húsin og bílarnir verka sem rafbúr gagnvart þeim rafsegulmerkjum sem þar eru notuð. Menn lenda líka oft í vandræðum með farsíma í lyftum en lyftur úr málmi eru einmitt þétt rafbúr sem hleypa litlu sem engu rafsegulsviði inn í sig, og hleypa raunar ekki heldur bylgjunum frá símanum út.
Af þessum dæmum er ljóst að ekki er hægt að eyða rafsegulbylgjum í íbúðarhúsi með því að grafa einhvern málmhlut í garðinum við húsið. Þessi staðhæfing er bæði studd mælingum og líkanreikningum sem byggjast á undirstöðulögmálum rafsegulfræðinnar. Það er ekki heldur hægt að eyða rafsegulbylgjum úr íbúðarhúsi með því að koma einhverjum málmhlut fyrir inni í því. Slíkt mundi aðeins breyta sviðinu, einkum þó í grennd við hlutinn, og er engan veginn sjálfgefið að sú breyting teldist æskileg frá einhverju tilteknu sjónarmiði.
Áhrif rafsegulsviðs og rafsegulbylgna á lífverur hafa mikið verið rannsökuð og rædd að undanförnu af ýmsum ástæðum. Þótt slíkum pælingum sé ekki lokið er þegar óhætt að fullyrða að þessi áhrif í almennu umhverfi okkar eru alltént margfalt minni en flest önnur skaðleg umhverfisáhrif sem valda okkur áhyggjum nú á dögum. Umhugsun, umræða og aðgerðir eiga því betur heima á ýmsum öðrum sviðum. En ef einhverjum þykja rafsegulsvið af tilteknum tegundum engu að síður of mikil í húsi dugir sem sagt ekkert minna en viðeigandi rafbúr utan um húsið.
Um síðari spurninguna er það að segja að það er alveg sama hvernig rafmagnsklær snúa. Slíkt er því hégóminn einn í samanburði við ýmis önnur atriði sem steðja að okkur í umhverfi og lífsháttum og hafa veruleg og óumdeild áhrif. Öryggisins vegna þurfa heimilistæki úr málmi hins vegar að vera réttilega jarðtengd og jarðtenging þarf að vera virk í öllum innstungum.
Frekara lesefni á Vísindavefnum:
Er hægt að eyða rafsegulbylgjum með tóli sem er grafið í garðinum hjá manni? Skiptir máli hvernig rafmagnsklær snúa? Ég kom með þessa spurningu vegna þess að núna fara menn hér um með þessi fræði.
Viðar Guðmundsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Er hægt að eyða rafsegulbylgjum með tóli sem er grafið í garðinum hjá manni? Skiptir máli hvernig rafmagnsklær snúa?
“ Vísindavefurinn, 13. mars 2002. Sótt 19. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=2183.
Viðar Guðmundsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. (2002, 13. mars). Er hægt að eyða rafsegulbylgjum með tóli sem er grafið í garðinum hjá manni? Skiptir máli hvernig rafmagnsklær snúa?
Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2183
Viðar Guðmundsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Er hægt að eyða rafsegulbylgjum með tóli sem er grafið í garðinum hjá manni? Skiptir máli hvernig rafmagnsklær snúa?
“ Vísindavefurinn. 13. mar. 2002. Vefsíða. 19. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2183>.
Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.
Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar
um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að
svara öllum spurningum.
Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að
svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki
nægileg deili á sér.
Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.
Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!
Sólin
Rís 05:40 • sest 21:16
Tunglið
Rís 15:13 • Sest 05:59
Flóð
Árdegis: 03:57 • Síðdegis: 16:31
Fjara
Árdegis: 10:23 • Síðdegis: 22:34
Segja má í grófum dráttum að saga rafsegulfræðinnar hafi byrjað um aldamótin 1800. Á fyrri hluta nítjándu aldar fleygði skilningi manna á rafsegulfyrirbærum mjög fram. Kóróna þeirrar þróunar er jöfnur Maxwells sem skoski eðlisfræðingurinn James Clerk Maxwell (1831-1879) setti fram upp úr 1860. Þær fela í sér alla klassíska rafsegulfræði í hnotskurn en á þeim fræðum byggjast gífurlegar og hraðskreiðar tækniframfarir, allt frá heimilisraftækjum til háspennulína og frá síma til sjónvarps, en það er einmitt eitt dæmið um rafsegulbylgjur og nýtingu þeirra. Fjölbreytnin í notkun rafsegulfyrirbæra hvarvetna í kringum okkur er einmitt gott vitni um það hversu staðgóðan skilning við höfum nú á dögum á þessum fræðum.
Hefðbundin rafsegulfræði tekur meðal annars á því hvernig rafsegulsvið víxlverkar við efni, það er að segja hvaða áhrif til dæmis rafsegulbylgjur hafa á efni og hvaða áhrif efnið hefur á bylgjurnar. Með skammtafræðinni í upphafi tuttugustu aldar fengu eðlisfræðingar síðan enn nánari skilning á þessari víxlverkun við efni eins og málma, hálfleiðara og lofthjúp. Sú þróun hófst um 1930 og náði hápunkti fyrir 1980 með nákvæmri smásærri lýsingu á víxlverkun rafsegulbylgna við allt venjulegt efni í kringum okkur.
Þessari þróun er þó ekki lokið því að vísindamenn eru nú að smíða smásæ kerfi efnis með óvenjulega eiginleika. Til dæmis hefur tekist að hægja á ljósi eða stöðva það alveg í þar til gerðum manngerðum kristöllum.
Þessar sögulegu staðreyndir eru raktar hér til þess að minna á að rafsegulsviði og efni er lýst með vel þekktum jöfnum Maxwells og Schrödingers á öllum stærðarkvörðum niður í lengdir sem eru smærri en einstök atóm. Eins hafa eðlisfræðingar náð mikilli nákvæmni við mælingar á stærðum sem tengjast rafsegulsviði. Nú má mæla spennu og viðnám með óvissu upp á einn milljarðasta hluta, og hleðslu með óvissu sem er minni en hleðsla einnar rafeindar.
Strax í árdaga rafsegulfræðinnar varð mönnum ljóst að hægt er að útiloka utanaðkomandi rafsegulsvið af tilteknum tegundum frá ákveðnu rými ef menn vilja. Þetta kom glöggt fram í svokölluðum rafbúrum sem enski eðlisfræðingurinn Michael Faraday (1791-1867) fann upp og sýndi mönnum í eftirminnilegum tilraunum. Slíkt búr er gert úr málmi, ýmist með heilum málmþynnum í veggjunum, málmgrind eða málmi með enn annarri lögun. Það fer síðan eftir þessari lögun hvers konar rafsegulsvið útilokast hverju sinni.
Til dæmis er venjulegur fjölskyldubíll eins konar rafbúr. Ef eldingu slær niður í hann skaðar það ekki þá sem í honum sitja ef þeir reyna ekki að koma sér út. Ef við setjum útvarpsviðtæki inn í bílinn verður móttakan léleg af því að rafsegulsvið útvarpsbylgnanna nær illa inn í hann. Þess vegna þurfum við að koma fyrir útvarpsloftneti fyrir utan bílinn. En eftir því sem tíðni rafsegulsviðsins hækkar verður bíllinn lélegra rafbúr. Dæmi um það er tíðnin sem notuð er í farsímum og er miklu hærri en í útvarpi. Við eigum því ekki í vandræðum með að nota farsíma þó að við sitjum inni í bílnum.
Nánari skýring á þessu er sú að bílinn er aðeins gott rafbúr fyrir rafsegulbylgjur sem hafa miklu lengri bylgjulengd en stærð glugganna á honum. Rafsviðið í eldingunni hefur lága tíðni og því mjög langa bylgjulengd og bylgjulengd útvarps getur verið frá stærðarþrepinu 1 km (langbylgja) niður í metra (FM). En bylgjulengdin sem notuð er í farsímum er aðeins nokkrir tugir sentimetra, miklu minni en hæð og breidd bílglugganna. Við vitum líka að rafsegulsvið með enn hærri tíðni (og minni bylgjulengd) eins og ljós sleppur vel inn um gluggana, en stöðvast eða endurkastast á málmhylki bílsins.
Íbúðarhús nútímans geta líka verið rafbúr, „eins og þau koma af skepnunni“, að minnsta kosti gagnvart ákveðnum bylgjulengdum. Við þekkjum flest mörg dæmi þess ef að er gáð. Steypustyrktarjárn í veggjum og bárujárn í þaki deyfir oft móttökuskilyrði fyrir útvarpssendingar um loftnet sem eru inni í íbúðarhúsum. Þess vegna eru útiloftnet yfirleitt betri en inniloftnet.
Margir munu líka kannast við að GPS-tæki verka ekki inni í húsum og raunar ekki heldur í bílum nema þá að þau liggi alveg við framrúðuna. Húsin og bílarnir verka sem rafbúr gagnvart þeim rafsegulmerkjum sem þar eru notuð. Menn lenda líka oft í vandræðum með farsíma í lyftum en lyftur úr málmi eru einmitt þétt rafbúr sem hleypa litlu sem engu rafsegulsviði inn í sig, og hleypa raunar ekki heldur bylgjunum frá símanum út.
Af þessum dæmum er ljóst að ekki er hægt að eyða rafsegulbylgjum í íbúðarhúsi með því að grafa einhvern málmhlut í garðinum við húsið. Þessi staðhæfing er bæði studd mælingum og líkanreikningum sem byggjast á undirstöðulögmálum rafsegulfræðinnar. Það er ekki heldur hægt að eyða rafsegulbylgjum úr íbúðarhúsi með því að koma einhverjum málmhlut fyrir inni í því. Slíkt mundi aðeins breyta sviðinu, einkum þó í grennd við hlutinn, og er engan veginn sjálfgefið að sú breyting teldist æskileg frá einhverju tilteknu sjónarmiði.
Áhrif rafsegulsviðs og rafsegulbylgna á lífverur hafa mikið verið rannsökuð og rædd að undanförnu af ýmsum ástæðum. Þótt slíkum pælingum sé ekki lokið er þegar óhætt að fullyrða að þessi áhrif í almennu umhverfi okkar eru alltént margfalt minni en flest önnur skaðleg umhverfisáhrif sem valda okkur áhyggjum nú á dögum. Umhugsun, umræða og aðgerðir eiga því betur heima á ýmsum öðrum sviðum. En ef einhverjum þykja rafsegulsvið af tilteknum tegundum engu að síður of mikil í húsi dugir sem sagt ekkert minna en viðeigandi rafbúr utan um húsið.
Um síðari spurninguna er það að segja að það er alveg sama hvernig rafmagnsklær snúa. Slíkt er því hégóminn einn í samanburði við ýmis önnur atriði sem steðja að okkur í umhverfi og lífsháttum og hafa veruleg og óumdeild áhrif. Öryggisins vegna þurfa heimilistæki úr málmi hins vegar að vera réttilega jarðtengd og jarðtenging þarf að vera virk í öllum innstungum.
Frekara lesefni á Vísindavefnum:
