Вы здесь

Обґрунтування та реалізація методів і пристроїв електромагнітної технології для пригнічення личинок комах у тваринництві

Автор: 
Мансур Мохамед
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2003
Артикул:
0403U003362
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В ЛИЧИНКАХ МУХ
2.1. Постановка задачи расчета внутренних электромагнитных полей в личинках мух
В разделе 1 были приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований воздействия электромагнитных излучений СВЧ и КВЧ диапазона на биологические объекты различной природы, в том числе и на мух и на их личинки. Из этих исследований следует, что указанные воздействия приводят даже при незначительных уровнях мощности к существенным изменениям, как в целом организме, так и на клеточном уровне. Следует отметить, что степень этого воздействия определяется не столько величиной напряженности поля СВЧ диапазона, сколько его частотными и поляризационными характеристиками, а также возможными модуляционными характеристиками естественного и искусственного характера. Перечисленные характеристики обычно называют биотропными параметрами электромагнитного поля. Одним из наиболее существенных аспектов такого воздействия является ухудшение функционального состояния организма мухи или ее личинки, появление в нем патологических изменений, что может стать причиной ее гибели. Воздействие электромагнитных полей указанного частотного диапазона на различных насекомых довольно неплохо исследовано экспериментально, но при этом, чаще всего, практически полностью отсутствует представление о механизмах этого воздействия, как на организменном, так и на клеточном уровнях. В свою очередь, исследование механизма взаимодействия электромагнитных полей с различными биологическими тканями невозможно без точной информации о распределении этих полей внутри организма мухи или ее личинки, ибо этот механизм непосредственно связан как с величиной, так и с ориентацией электрической и магнитной составляющих поля. Таким образом, определение электромагнитных полей в организме насекомого на различных этапах его развития по известному полю облучения является важным вопросом при решении задачи определения биотропных параметров ЭМИ, приводящих к гибели насекомого или его личинки. Так как экспериментальное исследование распределения внутренних полей провести практически невозможно, встает вопрос о решении этой задачи теоретическими методами.
Возможны различные подходы к решению данной задачи, однако наиболее строгим и информативным будет подход электродинамический. С его точки зрения вопросы подобного типа могут быть рассмотрены как задачи дифракции электромагнитного поля на диэлектрических телах сферической, эллипсоидальной и цилиндрической формы, обладающих различными электрофизическими характеристиками. Такого типа рассеиватели описывают практически все стадии развития мухи.
В принципе, дифракционные задачи подобного типа довольно детально исследованы как в монографиях, так и в отдельных публикациях. Однако следует иметь в виду, что, кроме общих подходов к нахождению внутренних полей в рассматриваемых объектах, частные задачи связаны с необходимостью учета особенностей строения исследуемых объектов и их внутренних структур, с необходимостью исследования влияния внутренних полей на жизнедеятельность этих структур.
Существенным является и то, что применяемые обычно в электродинамике известные методы ориентированы, в основном, на соответствующих специалистов, достаточно громоздки и требуют использования вычислительной техники со специальными программами. В то же время прикладная сторона электромагнитного воздействия на организм мухи или ее личинки, целью которой являются конкретные технические разработки по созданию аппаратуры, уничтожающей насекомого, должна основываться на использовании методов, приводящих к выражениям, позволяющим проводить инженерные расчеты.
Такое достаточно простое решение можно получить для рассеивателей, размеры которых малы по сравнению с длиной падающей волны, как в сантиметровом, так и в миллиметровом диапазоне электромагнитных излучений. В этом случае зависимость амплитуд электромагнитного поля от пространственных координат можно считать практически отсутствующей и рассматриваемые поля разложить по малому параметру , где - линейные размеры объекта, - длина рассеиваемой волны. Это даст возможность получить различные приближения для внутренних полей в зависимости от размеров облучаемого насекомого. Предлагаемый подход позволяет учитывать изменение размеров личинки мухи в процесс ее развития.
Воспользуемся методом решения задачи, предложенным в работах [132, 133]. Он позволяет получить довольно простые выражения для внутренних электромагнитных полей в однородных телах, размеры которых малы по сравнению с длиной падающей на них электромагнитной волны. Однако непосредственное применение данного метода в нашем случае не позволит получить необходимый результат, так как реальные структуры личинки мухи обладают сложным внутренним строением, которое приводит к задаче о рассеянии электромагнитного излучения на многослойной структуре. Это условие требует соответствующей доработки существующих выражений.
Рассматриваемый ниже метод основан на использовании интегральных уравнений, эквивалентных уравнениям Максвелла [134 - 136]. С помощью данного метода будем исследовать взаимодействие электромагнитных излучений с телами, размеры которых малы по отношению к длине падающей волны.
Обозначая диэлектрическую и магнитную проницаемость пространства, в котором находится личинка мухи, и , соответственно, используем уравнения Максвелла для описания и составляющих ЭМП во всех точках этого пространства. При этом будем иметь в виду гармоническую зависимость указанных векторов от времени, связанную с появлением множителя [136]:

где - мнимая единица;
- частота излучения.
Считая, что личинка мухи характеризуется диэлектрической и магнитной проницаемостью и , внутренние ЭМП можно описать уравнениями:

где .
Диэлектрическая проницаемость рассматривается как функция координат и является величиной переменной. На поверхности личинки мухи в направлении окружающей среды диэлектрическая проницаемость скачкообразно меняется