Вы здесь

Обґрунтування та реалізація електрофізич-ного методу знищення літаючих шкідників сільського господарства.

Автор: 
Хандола Юрій Миколайович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2002
Артикул:
0402U001524
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

Раздел 2
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
ВНУТРИ МУХ - ВРЕДИТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
2.1. Постановка задачи расчета внутренних электромагнитных полей в мухах - вредителях сельскохозяйственного производства
Как было показано в разделе 1, в настоящее время существует целый ряд методов, направленных на борьбу с вредными насекомыми в сельскохозяйственном производстве. Каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки. С нашей точки зрения особый интерес представляет использование с этой целью электрофизических методов. Это связано с тем, что электромагнитные поля различной частоты и интенсивности оказывают воздействие на биологические объекты разной природы, как на микроскопическом, так и на макроскопическом уровне [118]. Иначе говоря, они оказывают воздействие на целостный организм. В связи с вышесказанным электромагнитные поля при некоторых критических биотропных параметрах могут оказывать летальное воздействие на насекомых-вредителей и могут быть применены в качестве рабочего органа электрофизической ловушки. При этом выбор указанных биотропных параметров в данном случае может быть таким, что влияния на окружающую среду, в том числе на человека и сельскохозяйственных животных, эти электромагнитные излучения оказывать не будут.
Таким образом, одним из перспективных направлений по решению задачи борьбы с насекомыми вредителями, в том числе и с мухами, является использование влияния на них электромагнитных полей (ЭМП). Наличие внешних ЭМП сопровождается нагревом тканей организма насекомых, вплоть до их разрушения, пробоем хитиновых покрытий, а также специфическим воздействием, которое называется информационным. Кроме того, ЭМП в качестве физического фактора воздействия на биологические объекты обладают рядом положительных особенностей: энергосбережением, экологической чистотой, экономичностью, технической и структурной простотой.
Естественно, что для достижения указанного выше результата необходимо знать, каким образом электромагнитное поле распределяется внутри организма мухи, чтобы определить его напряженность, частоту и другие параметры с целью получения требуемого эффекта. Так как экспериментальное исследование распределения электромагнитных полей внутри организма мухи провести практически невозможно, встает вопрос о решении этой задачи теоретическими методами.
С точки зрения электродинамики задачи подобного типа сводятся к задачам дифракции (рассеяния и проникновения внутрь) электромагнитного поля на диэлектрических телах, с потерями или без них. Учитывая форму мухи, в качестве рассеивателя в данном случае можно взять тело в виде трехосного эллипсоида.
Данная частная задача, кроме общих подходов к нахождению рассеянных полей, ставит дополнительные требования к соотношению линейных размеров рассеивателей и длины падающей волны; к внутренней структуре, связанной со слоистостью строения мухи; с изменением величины потерь в различных точках объекта.
Известные строгие и приближенные методы решения задач подобного типа приводят очень часто к громоздким вычислениям, связанным с весьма серьезными трудностями математического характера и с использованием мощной вычислительной техники. Учитывая специфику данной задачи, связанной с конкретными техническими разработками специальных сельскохозяйственных электрофизических установок, требуется использование, как простых подходов, так и простых решений поставленной задачи, которыми бы могли пользоваться лица, не имеющие специальной подготовки в области электродинамики и математики.
Поскольку целью данного исследования является создание электрофизического устройства по уничтожению мух - вредителей сельскохозяйственного производства, использующего электромагнитные излучения с частотами до килогерц, то есть с длинами волн, значительно превосходящими линейные размеры насекомого, то такое решение можно получить для объектов, размеры которых малы по сравнению с длиной падающей волны. В этом случае задача становится задачей квазистатики, и внутренние поля определяются напряженностью электрической и магнитной составляющей на поверхности мухи. Кроме того, данный подход позволяет учесть многослойное строение организма насекомого. Такой подход поля внутри и вне рассеивающего тела позволяет разложить по малому параметру , где - линейные размеры тела, - длина рассеиваемой волны.
В работах [119, 120] предложен метод решения подобных задач для однородных малых тел, который позволяет получить довольно простые выражения для внутренних и внешних полей. Однако рассматриваемые нами объекты (летающие насекомые), с одной стороны удовлетворяют требованию , но с другой стороны обладают сложной внутренней структурой, которая приводит к их многослойности (в первом приближении, к двум слоям). Найдем внутренние поля в рассеивателях подобного типа.
Будем исследовать дифракцию электромагнитных волн на малых двухслойных телах на основе интегральных уравнений, эквивалентных уравнениям Максвелла совместно с граничными условиями на границе слоев и самого тела с окружающей средой [121, 122].
Пусть пространство, в котором находится облучаемый объект, однородно и характеризуется диэлектрической и магнитной проницаемостями и . Тогда электромагнитное поле и во всех точках этого пространства будет описываться уравнениями Максвелла:

Учитывая зависимость полей от времени как , где - круговая частота, - мнимая единица, получаем:

Если облучаемый объект характеризуется проницаемостями и (первый внешний слой характеризуется проницаемостями и , второй - и ), то в его внутренних точках диэлектрическая проницаемость рассматривается как функция координат и меняется скачкообразно при переходе от слоя к слою. В принципе, считая, что при переходе от тела к окружающей среде диэлектрическая проницаемость скачкообразно меняется от до , уравнения можно рассматривать как описывающие не только все пространство, но и сам рассеивающий объект.
После несложных преобразований, используя функцию Грина, уравнени