A forma mais conhecida de energia eletromagnética é a luz solar. A frequência da luz solar (luz visível) é a linha divisória entre a radiação ionizante mais potente (raios x, raios cósmicos) em frequências mais altas e a radiação não ionizante mais benigna em frequências mais baixas. Existe um espectro de radiação não ionizante. Dentro do contexto deste capítulo, na extremidade superior, logo abaixo da luz visível, está a radiação infravermelha. Abaixo disso está a ampla gama de frequências de rádio, que inclui (em ordem decrescente) micro-ondas, rádio celular, televisão, rádio FM e rádio AM, ondas curtas usadas em aquecedores dielétricos e de indução e, na extremidade inferior, campos com frequência de energia. O espectro eletromagnético é ilustrado na figura 1.
Figura 1. O espectro eletromagnético
Assim como a luz visível ou o som permeia nosso ambiente, o espaço onde vivemos e trabalhamos, o mesmo acontece com as energias dos campos eletromagnéticos. Além disso, assim como a maior parte da energia sonora a que estamos expostos é criada pela atividade humana, o mesmo ocorre com as energias eletromagnéticas: desde os níveis fracos emitidos por nossos aparelhos elétricos do dia-a-dia - aqueles que fazem nossos aparelhos de rádio e TV funcionarem - até os níveis mais altos níveis que os médicos aplicam para fins benéficos - por exemplo, diatermia (tratamentos térmicos). Em geral, a força de tais energias diminui rapidamente com a distância da fonte. Os níveis naturais desses campos no ambiente são baixos.
A radiação não ionizante (NIR) incorpora todas as radiações e campos do espectro eletromagnético que não possuem energia suficiente para produzir ionização da matéria. Ou seja, o NIR é incapaz de transmitir energia suficiente a uma molécula ou átomo para interromper sua estrutura removendo um ou mais elétrons. A fronteira entre o NIR e a radiação ionizante é geralmente definida em um comprimento de onda de aproximadamente 100 nanômetros.
Como acontece com qualquer forma de energia, a energia NIR tem o potencial de interagir com sistemas biológicos, e o resultado pode não ser significativo, pode ser prejudicial em diferentes graus ou pode ser benéfico. Com radiofrequência (RF) e radiação de micro-ondas, o principal mecanismo de interação é o aquecimento, mas na parte de baixa frequência do espectro, campos de alta intensidade podem induzir correntes no corpo e, portanto, ser perigosos. Os mecanismos de interação para forças de campo de baixo nível são, no entanto, desconhecidos.
Quantidades e unidades
Campos em frequências abaixo de cerca de 300 MHz são quantificados em termos de força do campo elétrico (E) e força do campo magnético (H). E é expresso em volts por metro (V/m) e H em amperes por metro (A/m). Ambos são campos vetoriais, ou seja, são caracterizados por magnitude e direção em cada ponto. Para a faixa de baixa frequência, o campo magnético é frequentemente expresso em termos de densidade de fluxo, B, com a unidade SI tesla (T). Quando os campos em nosso ambiente diário são discutidos, a subunidade microtesla (μT) é geralmente a unidade preferida. Em alguma literatura, a densidade de fluxo é expressa em gauss (G), e a conversão entre essas unidades é (para campos no ar):
1T = 104 G ou 0.1 μT = 1 mG e 1 A/m = 1.26 μT.
Estão disponíveis revisões de conceitos, quantidades, unidades e terminologia para proteção contra radiação não ionizante, incluindo radiação de radiofrequência (NCRP 1981; Polk e Postow 1986; OMS 1993).
O termo radiação significa simplesmente energia transmitida por ondas. Ondas eletromagnéticas são ondas de forças elétricas e magnéticas, onde um movimento ondulatório é definido como a propagação de perturbações em um sistema físico. Uma mudança no campo elétrico é acompanhada por uma mudança no campo magnético e vice-versa. Esses fenômenos foram descritos em 1865 por JC Maxwell em quatro equações que ficaram conhecidas como Equações de Maxwell.
As ondas eletromagnéticas são caracterizadas por um conjunto de parâmetros que incluem frequência (f), comprimento de onda (λ), intensidade do campo elétrico, intensidade do campo magnético, polarização elétrica (P) (a direção do E campo), velocidade de propagação (c) e vetor de Poynting (S). Figura 2 ilustra a propagação de uma onda eletromagnética no espaço livre. A frequência é definida como o número de mudanças completas do campo elétrico ou magnético em um determinado ponto por segundo e é expressa em hertz (Hz). O comprimento de onda é a distância entre duas cristas ou vales consecutivos da onda (máximos ou mínimos). A frequência, o comprimento de onda e a velocidade da onda (v) estão inter-relacionados da seguinte forma:
v = f λ
Figura 2. Painel do Uma onda plana se propagando com a velocidade da luz na direção x
A velocidade de uma onda eletromagnética no espaço livre é igual à velocidade da luz, mas a velocidade nos materiais depende das propriedades elétricas do material – isto é, de sua permissividade (ε) e permeabilidade (μ). A permissividade diz respeito às interações do material com o campo elétrico, e a permeabilidade expressa as interações com o campo magnético. Substâncias biológicas têm permissividades que diferem muito daquelas do espaço livre, sendo dependentes do comprimento de onda (especialmente na faixa de RF) e do tipo de tecido. A permeabilidade das substâncias biológicas, no entanto, é igual à do espaço livre.
Em uma onda plana, conforme ilustrado na figura 2 , o campo elétrico é perpendicular ao campo magnético e a direção de propagação é perpendicular aos campos elétrico e magnético.
Para uma onda plana, a razão entre o valor da intensidade do campo elétrico e o valor da intensidade do campo magnético, que é constante, é conhecida como impedância característica (Z):
Z = E/H
No espaço livre, Z= 120π ≈ 377Ω mas de outra forma Z depende da permissividade e permeabilidade do material através do qual a onda está se propagando.
A transferência de energia é descrita pelo vetor de Poynting, que representa a magnitude e a direção da densidade do fluxo eletromagnético:
S = E x H
Para uma onda em propagação, a integral de S sobre qualquer superfície representa a potência instantânea transmitida através desta superfície (densidade de potência). A magnitude do vetor de Poynting é expressa em watts por metro quadrado (W/m2) (em alguma literatura a unidade mW/cm2 é usado - a conversão para unidades SI é 1 mW/cm2 = 10 W/m2) e para ondas planas está relacionado com os valores das intensidades dos campos elétrico e magnético:
S = E2 /120π = E2 / 377
e
S =120π H2 = 377 H2
Nem todas as condições de exposição encontradas na prática podem ser representadas por ondas planas. Em distâncias próximas a fontes de radiação de radiofrequência, as relações características de ondas planas não são satisfeitas. O campo eletromagnético irradiado por uma antena pode ser dividido em duas regiões: a zona de campo próximo e a zona de campo distante. O limite entre essas zonas geralmente é colocado em:
r = 2a2 /λ
onde a é a maior dimensão da antena.
Na zona de campo próximo, a exposição deve ser caracterizada pelos campos elétrico e magnético. No campo distante, um desses é suficiente, pois eles estão inter-relacionados pelas equações acima envolvendo E e H. Na prática, a situação de campo próximo é frequentemente realizada em frequências abaixo de 300 Mhz.
A exposição a campos de RF é ainda mais complicada pelas interações de ondas eletromagnéticas com objetos. Em geral, quando as ondas eletromagnéticas encontram um objeto, parte da energia incidente é refletida, parte é absorvida e parte é transmitida. As proporções de energia transmitida, absorvida ou refletida pelo objeto dependem da frequência e polarização do campo e das propriedades elétricas e forma do objeto. Uma sobreposição das ondas incidente e refletida resulta em ondas estacionárias e distribuição de campo espacialmente não uniforme. Como as ondas são totalmente refletidas por objetos metálicos, as ondas estacionárias se formam perto de tais objetos.
Uma vez que a interação de campos de RF com sistemas biológicos depende de muitas características de campo diferentes e os campos encontrados na prática são complexos, os seguintes fatores devem ser considerados na descrição de exposições a campos de RF:
- se a exposição ocorre na zona de campo próximo ou distante
- se campo próximo, valores para ambos E e H são precisos; se campo distante, então ou E or H
- variação espacial da magnitude do(s) campo(s)
- polarização do campo, ou seja, a direção do campo elétrico em relação à direção de propagação da onda.
Para a exposição a campos magnéticos de baixa frequência, ainda não está claro se a força do campo ou a densidade do fluxo é a única consideração importante. Pode acontecer que outros fatores também sejam importantes, como o tempo de exposição ou a rapidez das mudanças de campo.
O termo campo eletromagnetico (EMF), como é usado na mídia e na imprensa popular, geralmente se refere a campos elétricos e magnéticos na extremidade de baixa frequência do espectro, mas também pode ser usado em um sentido muito mais amplo para incluir todo o espectro de radiação eletromagnética. Note que na faixa de baixa frequência o E e B os campos não são acoplados ou inter-relacionados da mesma forma que estão em frequências mais altas e, portanto, é mais preciso referir-se a eles como “campos elétricos e magnéticos” em vez de EMFs.