zastosowania elektromagnetyzmu w nowoczesnych ... - PTZE

Współorganizatorzy: 

CENTRALNY INSTYTUT OCHRONY PRACY – PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY 

POLSKO-JAPOŃSKA WYŻSZA SZKOŁA TECHNIK KOMPUTEROWYCH 

POLITECHNIKA LUBELSKA 

POLSKIE TOWARZYSTWO ZASTOSOWAŃ ELEKTROMAGNETYZMU 

AKADEMIA ROLNICZA W LUBLINIE 

ZASTOSOWANIA ELEKTROMAGNETYZMU 

W NOWOCZESNYCH TECHNIKACH 

I INFORMATYCE 

Zamość, 1 – 4 czerwca 2008 

Warszawa – Zamość 2008

Sympozjum zorganizowano przy finansowej pomocy 

Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego 

© Copyright by Centralny Instytut Ochrony Pracy 

– Państwowy Instytut Badawczy 

Warszawa 2008 

ISSN 1233-336 

ISBN 978-83-7373-038-0 

Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy 

ul. Czerniakowska 16, 00-701 Warszawa 

tel. (48-22) 623 36 98, fax (48-22) 623 36 93 

www.ciop.pl

XVIII SYMPOZJUM ŚRODOWISKOWE 

ZASTOSOWANIA ELEKTROMAGNETYZMU 

W NOWOCZESNYCH TECHNIKACH I INFORMATYCE 

Komitet naukowy 

Przewodniczący 

Andrzej Wac-Włodarczyk 

Członkowie 

Liliana Byczkowska-Lipińska 

Katarzyna Ciosk 

Aleksander Dackiewicz 

Krzysztof Kluszczyński 

Romuald Kotowski 

(sekretarz naukowy) 

Andrzej Krawczyk 

Roman Kubacki 

Jerzy Paweł Nowacki 

Anna Pławiak-Mowna 

Komitet organizacyjny 

Arkadiusz Miaskowski – przewodniczący 

Agnieszka Byliniak 

Maja Duda 

Zamość, 1 – 4 czerwca 2008

PROGRAMME of 

2 nd Symposium on Applied Electromagnetics SAEM’08 

16:00 – registration 

18:30 – dinner 

9:00 – Opening ceremony 

and 

XVIII Symposium PTZE’08 

SUNDAY – 1.06.2008 

MONDAY – 2.06.2008 

9:15 – 11:30 

1. ELECTROMAGNETICS IN PROGRESS 

(chairpersons: Lidija Petkovska, Andrzej Krawczyk) 

Mitsuhiko Toho 

The dawn of the electric age in Japan 

Jan Z. Szczygłowski 

Pro-ecological and pro-economical solutions in electric power engineering 

Robert Kosiński 

Permanent Magnets – Demagnetizing Processes, Hysteresis, New Materials 

Witold Kosiński 

On the concept of fuzzy fractional derivative 

Miklos Kuczmann 

The Polarization Method Combined with the Newton-Raphson Technique in Magnetostatic 

Field Problems 

Koji Yamada, Jiaolian Luo 

Real Time Monitor for 2-D Magnetic Field Distribution 

11:30 – coffee break

11:30 – 13:30 

2. ELECTRICAL MACHINES 

(chairpersons: Bojan Štumberger, Andrzej Wac-Włodarczyk) 

Miloš Beković, Anton Hamler, Viktor Goričan 

Experimentally determinate flux linkage curve for dynamic simulation of universal motor 

Goga Cvetkovski, Lidija Petkovska 

Comparative Analysis of Radial and Axial Field Permanent Magnet Motor 

Lidija Petkovska, Goga Cvetkovski 

Dynamic Simulation of a Fractional Horse Power Single-Phase Permanent Magnet Synchronous 

Motor 

Peter Pišek, Peter Virtič, Bojan Štumberger 

Back electromotive force and torque characteristic comparison of n-n and n-s type of multi-disc 

axial flux permanent magnet synchronous generator with coreless stator 

Bojan Štumberger, Gorazd Štumberger, Miralem Hadžiselimović, Tine Marčič, Peter Virtič, 

Peter Pišek and Mladen Trlep 

Modular permanent magnet synchronous motors for wheel hub-drive applications 

Gorazd Štumberger, Bojan Štumberger, Mihael Skornšek, Damir Žarko 

Magnetically nonlinear three-phase dynamic model of a permanent magnet machine composed 

of elementary phase winding 

Marcin Szczygieł 

Selection of construction of rotary-linear induction motor for given electromechanical 

characteristic using field method 

13:30 – lunch 

14:30 – 16:00 

3. ELECTROMAGNETIC MATERIALS 

(chairpersons: Goga Cvetkovski, Roman Kubacki) 

Barbara Atamaniuk, Andrzej J. Turski 

Wave Propagation and Diffusive Transition of Oscillations in Pair Plasmas with dust 

Krzysztof Chwastek, Jan Szczygłowski 

Estimation methods for the Jiles-Atherton model parameters – a review 

Krzysztof Chwastek, Jan Szczygłowski 

Power dissipation in thin ferromagnetic sheets 

Barbara Gambin, Antoni Gałka 

Modeling of bone piezoelectricity 

Arkadiusz Miaskowski, Andrzej Bochniak, Andrzej Krawczyk 

Dielectric Constant and Layer Thickness Estimation of Pavements Using GPR Technique

Alexei Popov, Adam Ciarkowski 

Interaction of electromagnetic pulse with vertically non-homogeneous ionospheric layer 

Damir Žarko, Zlatko Maljković, Milutin Pavlica 

Estimating Magnetic Properties of Synchronous Generator's Materials 

16:00 – coffee break 

16:30 – 18:00 

4. ELECTROMAGNETIC VARIA (poster session) 

(chairpersons: Miklos Kuczman, Arkadiusz Miaskowski) 

Stanisław Apanasewicz 

O pewnych właściwościach składowej normalnej pola elektromagnetycznego 

na granicy metal-dielekryk 

Stanisław Apanasewicz, Stanisław Pawłowski, Jolanta Plewako 

Badanie rozpraszania fali płaskiej na naroże metalowe 

Barbara Atamaniuk, Andrzej J. Turski, Alexander S. Volokitin 

Plasma wave modifications in the presence of dust 

Karol Bednarek 

Obliczenia elektrodynamiczne i efektywność metod optymalizacyjnych 

w kształtowaniu procesu optymalizacji szynoprzewodów 

Przemysław Berowski, Magdalena Stasiak 

Level set method applied to shape modelling in EIT 


Calculation of SAR in biological objects with different parameters 

Agnieszka Duraj, Andrzej Krawczyk 

Bezprzewodowe monitorowanie i telediagnostyka 

Aleksander Gąsiorski, Zdzisław Posyłek 

Weryfikacje analityczna i laboratoryjna pomiarów emisyjności w komorze GTEM 


Problematyka kompatybilności elektromagnetycznej w kształceniu studentów Wydziału 

Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej 

Zygmunt J. Grabarczyk 

The method of the measurement of mean value of the electric charge of aerosol particles 0.3 – 10 µm 

Wanda Gryglewicz-Kacerka, Henryk Małecki, Janusz F. Kacerka 

Energia molekuły i jej stany kwantowe 

Georgi Hadzi-Manev, Goga Cvetkovski 

Technical Regulations for Grid Connected Wind Turbines – Power Quality Issues

Mariana Iorgulescu, Robert Beloiu 

Induction motors modelling for faults diagnosis 

Leszek Kasprzyk 

Zastosowanie obliczeń równoległych do wyznaczanie rozkładu pola świetlnego 

Eva Katona, Miklos Kuczmann 

ANA – Advenced Network Analysis Java Software Package for Analizing, Designing, and Real 

Time Testing Networks and Systems 

Gergely Kovács, Miklós Kuczmann 

Simulation of a Magnetic Flux Leakage System 

Joanna Kozieł, Tadeusz Janowski, Sławomir Kozak 

Analiza przydatności wytwarzanych przewodów nadprzewodnikowych na uzwojenie wtórne 

nadprzewodnikowych ograniczników prądu typu transformatorowego 

Andrzej Krawczyk, Jolanta Plewako, Barbara Grochowicz 

Stymulacja elektromagnetyczna nerwu błędnego w terapii antyotyłościowej 

Miklos Kuczman 

Nodal and Edge Finite Element Analysis of Eddy Current Field Problems 

Piotr Lipinski 

Prediction of Oil Temperature for Substation Distribution Transformers using Wavelet Neural 

Networks 

Mira Lisiecka-Biełanowicz, Andrzej Krawczyk, Adam Lusawa 

Wpływ środowiska terapeutycznego na skuteczność terapii polem elektromagnetycznym 

Tamás Ludvig, Miklós Kuczmann 

Controller design and simulation of a Radial Active Magnetic Bearing 

Paweł A. Mazurek 

Hakerzy kontra kardiostymulatory 

Mariusz Najgebauer 

Teoria skalowania w elektromagnetyzmie 

Pece Naumovski, Goran Rafajlovski, Vlatko Stoilkov 

Compesation of dead-time for voltage source inverters 

Vitalij Nichoga, Eugeniusz Grudziński, Petro Dub, Viktor Ivanchuk 

Application of alternating magnetic fields for technical diagnostics of the rail damages 

Anna Pławiak-Mowna, Andrzej Krawczyk 

Cardiac Implant Patients Exposure on Electromagnetic Field 

Krzysztof Polakowski, Stefan F. Filipowicz, Jan Sikora 

The Tomography Use in Monitoring of Hydrogen in the Car Systems 

Czesław Rymarz 

Czy świat realny jest poznawalny?

Magdalena Stasiak, Przemysław Berowski 

Diffuse optical tomography in biomedical application 

Paweł Surdacki 

Warunki zanikania nadprzewodzenia w nisko- i wysokotemperaturowych urządzeniach 

nadprzewodnikowych 

Alexander S. Volokitin, Barbara Atamaniuk 

Plasma waves in ionosphere 

Bogusław Wisz 

Capacitance calculation for deflected conductive path system in hybrid microcircuit 

18:15 – departure for country supper 

9:00 – 11:00 

TUESDAY – 3.06.2008 

5. ELECTROMAGNETICS IN POWER ELECTRONICS & SYSTEM 

(chairpersons: Damijan Miljavec, Anna Pławiak-Mowna) 

Miralem Hadžiselimović, Bojan Štumberger, Tine Marčič, Peter Virtič, Gorazd Štumberger, 

Ivan Zagradišnik 

The impact of a winding type on the operational characteristics of converter-fed squirrel-cage 

motor 

Paweł Kielan 

Investigation of time delays existed in the TCP\IP\ETHERNET network on control system 

properties 

Elżbieta Leśniewska, Wiesław Jałmużny 

Influence of external magnetic field on operation of electromagnetic current-to-voltage transducer 

Tine Marčič, Bojan Štumberger, Gorazd Štumberger, Miralem Hadžiselimović, Peter Virtič, Janko 

Horvat, Drago Dolinar, Ivan Zagradišnik 

Modeling of a two-phase synchronous reluctance motor 

Zoltán Pólik, Miklós Kuczmann 

Examination and Development of Radio Frequency Inductor 

Vlatko Stoilkov 

The EMC/EMF Intrusion Assessment of Wind Generators 

Tomasz Trawiński 

Double layered head positioning system with five degrees of freedom 

Mykhaylo V. Zagirnyak, B.I. Nevzlin, D.V. Polovinka 

Computation of transient response in high-frequency diode capacitance bridges


11:30 – 13:30 

6. ELECTROMAGNETICS IN MEDICINE & BIOLOGY 

(chairpersons: Koji Yamada, Krzysztof Kluszczyński) 

Marek P. Dabrowski, Wanda Stankiewicz, Anna Jung, Wojciech Witkowski, Bolesław Kalicki 

Clinical and immunological effects of magnetostimulation in children with recurrent infections 

of respiratory tracts 

Roman Kubacki, Jarosław Kieliszek, Marian Wnuk 

Possible Approximations of Mathematical Expression of the Electric Near-Field Simulation 

for the Human Protection Purposis 

Maciej Łopucki, Stanisław Pietruszewski, Wanda Rogowska 

Application of dual closed human placental cotyledon perfusion in vitro model in the studies 

on EMF effects on human tissue 

Arkadiusz Miaskowski, Andrzej Krawczyk, Andrzej Wac-Wlodarczyk 

The Implementation of FDTD Technique to Investigation of Interference Voltage at Cardiac 

Pacemaker with Simultaneous Sources 

Lidija Ololoska, Ljuben Janev 

A contribution on detrmination of emf influences and effects from human exposure on elf 

electromagnetic field 

Jaromir Sobiech, R. Puta, Jarosław Kieliszek 

Impact of Mounting of Radio- and Radar-Devices on Electromagnetic Field Exposure of Small 

Watercraft Personnel 

Joanna Wyszkowska, Maria Stankiewicz 

Influence of EMF on the cockroach escape system 

13:30 – lunch 

14:30 – 16:30 

7. COMPUTATIONAL ELECTROMAGNETICS I 

(chairpersons: Gorazd Štumberger, Katarzyna Ciosk) 

Barbara Gambin, Antoni Gałka 

Prediction of bone damage based on strength surface of piezoelectric composite 

Klemen Deželak, Gorazd Štumberger, Beno Klopčič, Drago Dolinar, Jože Pihler 

Iron core saturation detector supplemented by an artificial neural network 

Matjaž Gaber, Mladen Trlep 

The use of bezier patches in postprocesing of 2d calculations with fem 

Lovrenc Gašparin, Rastko Fišer 

Detection and fem analysis of additional cogging torque components in pm motors

Daniel Marcsa, Miklos Kuczmann 

Numerical Analysis of Single- and Three-Phase Induction Motors 

Sašo Martinovski, Lidija Petkovska 

Coupling Circuit Equations and FEM for Induction Motor Analysis 


17:00 – sightseeing of Zamość 

19:30 – conference dinner 

9:00 – 10:30 

8. COMPUTATIONAL ELECTROMAGNETICS II 

(chairpersons: Rastko Fiser, Jan Sikora) 

WEDNESDAY – 4.06.2008 

Adrijana Milevska, Lidija Petkovska, Goran Mojsoski, Branislav Dosijanoski 

FE analysis of a small three-phase linear induction motor 

Jelena Popović 

Stochastic method for simulation of partial discharges spread in 2D and 3D model of the 

switchgear partition wall 

Snezana Cundeva, Marija Cundeva-Blajer, Ljupco Arsov 

FEM coupled with GA for special transformers optimal design in transient regimes 

Vesna Trajkovska, Lidija Petkovska, Goga Cvetkovski 

3D fem analysis of a self-starting single-phase permanent magnet synchronous motor 

Peter Virtič, Peter Pišek, Tine Marčič, Miralem Hadžiselimovič, Bojan Štumberger 

Design and construction of low cost axial flux permanent magnet synchronous motor using 

analytical method 

Mykhaylo V. Zagirnyak, M.U. Branspiz 

About computation of an circular electromagnet with an opening in the central pole 

10:30 – coffee break

11:00 – 12:45 

9. COUPLED FIELDS 

(chairpersons: Vlatko Stoilkov, Jan Szczygłowski) 

Primož Bajec, Peter Uršič, Gverino Ratoša, Damijan Miljavec 

Brush-Less Direct Current Machine Coupled with Internal Combustion Engines 

Peter Kitak, Jelena Popović, Adnan Glotić 

Thermal Analysis of Eddy Currents Phenomena Based on Independent Parametric Simulation 

Model 

Zlatko Kolondzovski 

Thermal Study of Retaining Sleeves for a High-Speed Permanent Magnet Electrical Machine 

Romuald Kotowski, Vladimir I. Alshits, Piotr Tronczyk 

Computer Simulation of The Influence of Thermal and Magnetic Fields on the Plasticity 

of Nonmagnetic Materials 

Tomasz Rymarczyk, Stefan F. Filipowicz, Jan Sikora, Krzysztof Polakowski 

Level Set Methods for an Inverse Problem in Electrical Impedance Tomography 

Irina Shvedchikova, Nataliya Sukharevskaya 

The Structural Synthesis of Electromagnetic Systems of Magnetic Separators 

12:45 – closing 

13:00 – lunch

SPIS REFERATÓW 


O pewnych właściwościach składowej normalnej pola elektromagnetycznego na granicy 

metal-dielekryk ...................................................................................................................................... 17 


Badanie rozpraszania fali płaskiej na naroże metalowe ....................................................................... 19 

Barbara Atamaniuk, Andrzej J. Turski, Alexander S. Volokitin 

Plasma Wave Modifications in the Presence of Dust ........................................................................... 21 


Obliczenia elektrodynamiczne i efektywność metod optymalizacyjnych w kształtowaniu 

procesu optymalizacji szynoprzewodów ............................................................................................... 23 

Przemysław Berowski, Magdalena Stasiak 

Level Set Method Applied To Shape Modelling in EIT ........................................................................ 27 


Calculation of SAR in Biological Objects with Different Parameters ................................................. 29 

Agnieszka Duraj, Andrzej Krawczyk 

Bezprzewodowe monitorowanie i telediagnostyka ............................................................................... 31 


Problematyka kompatybilności elektromagnetycznej w kształceniu studentów wydziału 

elektrycznego politechniki częstochowskiej .......................................................................................... 33 


Weryfikacje analityczna i laboratoryjna pomiarów emisyjności w komorze GTEM ............................ 35 

Wanda Gryglewicz-Kacerka, Henryk Małecki, Janusz F. Kacerka 

Energia molekuły i jej stany kwantowe ................................................................................................ 37 


Zastosowanie obliczeń równoległych do wyznaczanie rozkładu pola świetlnego ................................ 41

Paweł Kielan 

Badanie wpływu opóźnień w sieci TCP/IP/ETHERNET na układ regulacji ......................................... 45 

Robert A. Kosiński 

Magnesy trwałe – przemagnesowanie, histereza, współczesne materiały ........................................... 49 

Romuald Kotowski, Vladimir I. Alshits, Piotr Tronczyk 

Computer Simulation of the Influence of Thermal and Magneticfields on the Plasticity 

of Nonmagnetic Crystals 

Symulacja komputerowa wpływu pól termicznych i magnetycznych na plastyczność 

niemagnetycznych ciał krystalicznych .................................................................................................. 53 


Analiza przydatności wytwarzanych przewodów nadprzewodnikowych na uzwojenie 

wtórne nadprzewodnikowych ograniczników prądu typu transformatorowego ................................... 55 


Stymulacja elektromagnetyczna nerwu błędnego w terapii antyotyłościowej ..................................... 59 

Roman Kubacki, Jarosław Kieliszek, Marian Wnuk 

Możliwości zastosowania aproksymacji zależności w polu bliskim anten mikrofalowych 

w ocenie narażenia ludzi i środowiska ................................................................................................ 63 

Mira Lisiecka-Biełanowicz, Andrzej Krawczyk, Adam Lusawa 

Wpływ środowiska terapeutycznego na skuteczność terapii polem elektromagnetycznym .................. 65 

Maciej Łopucki, Stanisław Pietruszewski, Wanda Rogowska 

Zastosowanie modelu dwustronnej zamkniętej perfuzji zrazika łożyska ludzkiego 

w warunkach in vitro w badaniach nad oddziaływaniem PEM na ludzkie tkanki ............................... 69 


Hakerzy kontra kardiostymulatory ....................................................................................................... 71 


Teoria skalowania w elektromagnetyzmie ............................................................................................ 75 

Vitalij Nichoga, Eugeniusz Grudziński, Petro Dub, Viktor Ivanchuk 

Application of Alternating Magnetic Fieldsfor Technical Diagnostics of the Rail 

Damages ............................................................................................................................................... 79 


Czy świat realny jest poznawalny? ....................................................................................................... 81

Jaromir Sobiech, Roman Puta, Jarosław Kieliszek 

Wpływ montażu urządzeń radiowych i radiolokacyjnych na małych jednostkach 

pływających na ekspozycję pracowników na pola elektromagnetyczne ............................................... 85 

Magdalena Stasiak, Przemysław Berowski 

Diffuse optical tomography in biomedical application ......................................................................... 89 


Warunki zanikania nadprzewodzenia w nisko- i wysokotemperaturowych urządzeniach 

nadprzewodnikowych .......................................................................................................................... 91 


Dobór konstrukcji silnika indukcyjnego obrotowo-liniowego do zadanej charakterystyki 

elektromechanicznej przy wykorzystaniu metod polowych .................................................................. 95 


Początki elektryzacji Japonii ................................................................................................................ 97 


Dwuwarstwowy system pozycjonowania głowic pamięci masowych o 5 stopniach 

swobody .............................................................................................................................................. 101 

Alexander S. Volokitin, Barbara Atamaniuk 

Plasma Waves in Ionosphere ............................................................................................................. 103 


Zmiany funkcjonowania układu ucieczki karaczana pod wpływem działania ELF pola 

magnetycznego ................................................................................................................................... 105

XVIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008 

O PEWNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH 

SKŁADOWEJ NORMALNEJ 

POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO 

NA GRANICY METAL-DIELEKRYK 


Politechnika Rzeszowska 

Wśród wielu inżynierów panuje przekonanie, że oprócz dwóch klasycznych warunków 

brzegowych elektrodynamiki (ciągłość składowych stycznych natężenia pola elektrycznego 

i magnetycznego) należy zakładać, że na powierzchni metalu i środowiska nieprzewodzącego 

składowa normalna pola elektrycznego (gęstość prądu) musi być równa zero. Tak w rzeczywistości 

nie jest. Ta składowa, w niektórych przypadkach musi być równa zero, z założenia, 

w innych jej zerowanie się wynika z pozostałych warunków. I można podać przykłady, kiedy 

wymieniona składowa jest różna od zera. 

Przedstawiona praca ma na celu dostarczenie takich przykładów. Są zaprezentowane trzy 

takie przykłady dostatecznie elementarne by można było otrzymać rozwiązania równań 

Maxwella w przejrzystej prostej postaci. Są to następujące przykłady: 

1. Przepływ prądu w niejednorodnym nieskończenie długim przewodzie kołowym 

(utworzonym z dwóch półwalców z różnych metali). W tym przypadku i dwu następnych 

występuje składowa pola elektrycznego poprzeczna do powierzchni metalowej; 

w rozpatrywanym przykładzie należy zakładać, że musi się ona zerować na powierzchni. 

2. Przepływ prądu w przewodzie walcowym jednorodnym. Jeśli występuje 

zmiana prądu wzdłuż przewodu (λ≠0) to składowa normalna gęstości prądu na powierzchni 

musi być różna od zera. 

3. Rozpraszanie fali płaskiej padającej na ścianę metalową. W tym przykładzie uwzględniono 

prądy wirowe w metalu i wykazano, że składowa normalna pola elektrycznego jest 

różna od zera na powierzchni metalu. Wymienione składowe na powierzchni metalu są 

proporcjonalne do gęstości ładunków elektrycznych. Jak na razie z moich obserwacji 

wynika, że składowa normalna pola elektrycznego jest różna od zera na powierzchni metalowej, 

gdy są uwzględniane prądy przesunięcia Maxwella. 

17


BADANIE ROZPRASZANIA FALI PŁASKIEJ 

NA NAROŻE METALOWE 


Politechnika Rzeszowska 

Przedstawiona praca należy do cyklu badań pola elektromagnetycznego w otoczeniu obszarów 

z narożem metalowym. W niniejszym referacie chodzi o rozpraszanie fali płaskiej 

przez naroże metalowe jak ilustruje poniższy rysunek: 

Fala płaska pada na ćwierćprzestrzeń metalową i jest rozpraszana. Rozpatrywane są dwa rodzaje 

padających fal: 

a) 

b) 

gdzie - amplituda zespolona natężenia pola elektrycznego, 

- amplituda zespolona pola magnetycznego 

= 

= 

y x 

ϕ 

Pole całkowite jest sumą pola padającego i rozproszonego: 

, 

Dla pierwszego rodzaju fal odpowiednią analizę przedstawiono w referacie na ISEF′07 

w Pradze. Poniżej przedstawiamy metodę analizy dla drugiego rodzaju. 

19

20 


W przypadku ściany płaskiej w obu przypadkach pole rozproszone jest identyczne a w przypadku 

istnienia naroża występują istotne różnice. 

W obu przypadkach rozwiązanie równań Maxwella dla zespolonych amplitud pola rozproszenia 

poszukiwane są w postaci całek Fouriera: 

, 

Zakładając, że funkcje i są ciągłe na liniach x=0, y≥0 oraz x≥0 i y=0 oraz, że składowe 

styczne pola elektrycznego znikają na powierzchni metalowej, możemy obliczyć funkcje podcałkowe 

. Ich obliczenie wymaga rozwiązania równania całkowego typu: 

Funkcje są różne dla obu typu przedstawionych fal.

Abstract 


PLASMA WAVE MODIFICATIONS 

IN THE PRESENCE OF DUST 

Barbara Atamaniuk (1) , Andrzej J. Turski (1) Alexander S. Volokitin (2) 

(1) Institute of Fundamental Technological Research, PAS, 

Warsaw, Poland 

(2) Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, 

Moscow, Russia 

The study of waves and instabilities has always been important in plasma physics. Physics of 

dusty plasmas is recently studied intensively because of its importance for a number of 

applications in space plasmas, earth’s environment as well as in the laboratory. Dusty plasma 

consists of charged dust grain embedded in ambient plasma. Depending on their concentrations, 

one has isolated screened dust grains (dust-in-plasma) or real collective dusty plasmas where the 

charged dust participated in Debye screening. We shall mainly discuss space dusty plasmas 

although many of the conclusions are valid for the laboratory plasmas as well. We call ''dusty 

plasma'' when number of grains in Debye sphere is greater than one and ''dust in a plasma'' when 

number density of grains is less than one. 

The presence of dust in astrophysical environments has been known for a long time, from 

different types of remote observations, as for the dust around and between stars. There are 

beautiful examples of dust, like the molecular clouds seen in the Orion, Coalsack, Horsehead and 

Eagle nebulae. We observe these because of the attenuation and extinction of the light coming 

from more distant stars. 

There is also plenty of dust in the heliosphere, associated with planetary rings, cometary comae 

and tails, meteoric impacts... 

The simplest way, theoretically, dust effects have been investigated by extending the usual two 

component treatment of plasmas with the addition of third component – the dust. In dusty plasma, 

a large fraction of the negative charge ids bound to the particles. The depletion of electrons by 

absorption on the dust particle affects all kinds of plasma wave mode. 

Due to the unusually low charge-to-mass ratio of the dust, the characteristic dust frequencies are 

well below those typical for typical plasma. Small characteristic frequencies will give rise to new 

low-frequency eigenmodes of the combined plasma, clearly separated from the usual plasma 

modes. 

One striking aspect of these dust waves is that they can be imaged by video camera recording 

scattered light. 

In this presentation we make some review and we give some particular examples of waves in 

dusty plasmas. 

This research is supported by KBN grant 0TOOA01429 

21

Wstęp 


OBLICZENIA ELEKTRODYNAMICZNE 

I EFEKTYWNOŚĆ METOD OPTYMALIZACYJNYCH 

W KSZTAŁTOWANIU PROCESU OPTYMALIZACJI 

SZYNOPRZEWODÓW 


Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej 

W projektowaniu współczesnych urządzeń technicznych bardzo ważnymi elementami 

tego procesu są: właściwe (z odpowiednią dokładnością) przeprowadzenie obliczeń parametrów 

elektrodynamicznych (istotnych z punktu widzenia funkcjonowania tych urządzeń) oraz 

prawidłowo przeprowadzony proces poszukiwań optymalizacyjnych (trafnie dobrane metoda 

optymalizacji i funkcja kryterialna). 

W pracy zajęto się trójfazowymi torami wielkoprądowymi (szynoprzewodami). Przeanalizowano 

różne warianty doboru metody optymalizacji ich konstrukcji, jak również oceniono 

wpływ na wyniki optymalizacji najważniejszych parametrów tych urządzeń. 

Opis układu i obliczeń elektrodynamicznych 

Obiektem analiz jest trójfazowy tor wielkoprądowy zbudowany z trzech przewodów rurowych 

o przekroju owalnym, rozmieszczonych symetrycznie wewnątrz wspólnej dla nich 

cylindrycznej osłony. W układzie jest pięć zmiennych niezależnych, determinujących geometrię 

przewodów i osłony oraz rozmieszczenie przewodów w osłonie [1,2]. 

Bardzo istotnym elementem procesu projektowania tych urządzeń jest obliczanie parametrów 

elektrodynamicznych, ważnych z punktu widzenia ich właściwego funkcjonowania. 

Punktem wyjścia w analizach elektromagnetycznych jest sformułowanie zależności na magnetyczny 

potencjał wektorowy dla poszczególnych podobszarów w układzie. Na podstawie 

tych zależności uzyskuje się równanie całkowe (Fredholma) na rozkład gęstości prądu 

w przewodach i osłonie. Znajomość rozkładu gęstości prądu pozwala na obliczenie strat mocy 

w układzie, temperatur przewodów i osłony oraz oddziałujących sił elektrodynamicznych 

[1,2]. Kontrolowana jest również wytrzymałość elektryczna układu. 

Obliczane wielkości elektrodynamiczne stanowią ograniczenia w procesie optymalizacji 

konstrukcji torów, a jednocześnie wpływają na uzyskiwane koszty produkcji i eksploatacji, 

jak również na kształtowanie się parametrów geometrycznych optymalizowanych obiektów. 

Autor pracy przeprowadził wielowariantowe analizy wyników optymalizacji konstrukcji szynoprzewodów. 

Dowiodły one, iż (przy stosowanych w praktyce parametrach eksploatacyj- 

23

24 


nych) rezultaty optymalizacji zależą przede wszystkim od oddziaływań prądowych, a szczególnie 

od warunków termicznych. Niewielki natomiast wpływ obserwuje się ze względów 

napięciowych (wytrzymałości elektrycznej). Wynika stąd, że warto uprecyzyjnić model matematyczny 

obliczeń temperatur w układzie (uwzględnienie sprzężenia obliczeń elektromagnetycznych 

i cieplnych), natomiast naprężenia elektryczne wystarczy kontrolować wykorzystując 

zależności analityczne. 

Zagadnienia optymalizacyjne 

Funkcja kryterialna jest skonstruowana w postaci sumy kosztów: inwestycyjnych ki 

(związanych ze zużyciem materiału konstrukcyjnego do produkcji szynoprzewodów) oraz 

eksploatacyjnych ke (związanych ze stratami energetycznymi w założonym czasie użytkowania 

tych urządzeń). Ograniczeniami w procesie optymalizacji są dopuszczalne parametry elektrodynamiczne 

(temperatury przewodów i osłony, siły elektrodynamiczne, naprężenia elektryczne), 

jak również realne relacje między wymiarami geometrycznymi w układzie. Ograniczenia 

zostały włączone do funkcji kryterialnej poprzez sformułowanie funkcji kary. W analizach 

optymalizacyjnych zastosowano następujące metody [1,3]: Monte Carlo (MC - losową), 

Gausa-Seidla (GS - klasyczne podejście deterministyczne), gradientu prostego (GP - gradientową), 

największego spadku (NS - gradientową z minimalizacją w kierunku), kierunków 

sprzężonych (KS - zmiennej metryki) oraz algorytmy genetyczne (AG - metoda ewolucyjna). 

Badano efektywność wymienionych metod ze względu na uzyskiwane wyniki oraz czas trwania 

obliczeń. 

Wyniki przeprowadzonych obliczeń 

W przypadku funkcji wielomodalnych 

metody deterministyczne (GS, GP, NS, KS) 

utykają najczęściej w jednym z wielu optimów 

lokalnych (nie osiągają rzeczywistego 

punktu optymalnego). Optimum w sensie 

globalnym uzyskują tylko metody niedeterministyczne 

(AG i MC). Godnym uwagi 

rozwiązaniem może być też połączenie metod 

niedeterministycznych (wyznaczanie punktu 

startowego) z deterministycznymi (dokładne 

ustalenie optimum). 

W pracy porównano metodę AG 

z metodami: GS, GP, NS oraz KS działającymi 

w połączeniu z metodą MC. Wyniki 

analiz zamieszczono na rys. 1. 

Uwagi i wnioski 

Rys. 1. Względny czas obliczeń T/Tag oraz względna 

wartość funkcji kryterialnej F/Fag poszczególnych 

metod (łączonych z MC) w odniesieniu do wartości 

dla metody AG. 

W przypadku połączenia metod niedeterministycznych z deterministycznymi uzyskuje 

się punkt optymalny z dużą dokładnością (nieefektywna jest tylko metoda GS). Nieznacznie


gorsze wyniki otrzymuje się metodą AG, przy czym obliczenia trwają krócej. Najważniejszymi 

jednak zaletami AG w porównaniu z innymi metodami są: wyłonienie obok optimum 

globalnego optimów lokalnych o wartościach bardzo zbliżonych do optimum globalnego 

(często interesujących ze względów technologicznych) oraz możliwość łatwego zrównoleglenia 

obliczeń i znacznego przyspieszenia czasu uzyskiwania wyników. 

Dzięki przeprowadzonym analizom uzyskano informacje o zasadności wyboru i efektywności 

przyjętej metody optymalizacyjnej oraz o trafności w rozłożeniu akcentów związanych 

z dokładnościami obliczeń poszczególnych parametrów elektrodynamicznych. 

Bibliografia 

[1] Bednarek K.: Electrodynamical and optimization problems of oval three-phase heavy current lines, Boundary 

Field Problems and Computer Simulation, 46 th thematic issue, series 5: Computer Science, Scientific 

Proceedings of Riga Technical University, Riga 2004, p. 6-18. 

[2] Bednarek K.: Parametry cieplne w trójfazowych torach wielkoprądowych, Przegląd Elektrotechniczny, 

nr 12, 2005, s. 106-108. 

[3] Findeisen W., Szymanowski J., Wierzbicki A.: Teoria i metody obliczeniowe optymalizacji, PWN, Warszawa 

1977. 

25


LEVEL SET METHOD APPLIED 

TO SHAPE MODELLING IN EIT 

Przemysław Berowski 1 , Magdalena Stasiak 2 

1 Electrotechnical Institute, 

Pożaryskiego 28, 04-703 Warsaw, e-mail: p.berowski@iel.waw.pl 

2 Department of Electrical Apparatus, Technical University of Lodz, 

Stefanowskiego 18/22, 90-924 Lodz, e-mail: stasiak@p.lodz.pl 

In our case the level set method approach in the inverse problem solution is used. The 

model of the forward problem is consisted of two spatially homogenous areas with different 

conductivity. The inverse problem solution provides the identification the position and the 

shape of the inside object. 

The inverse problem in Electrical Impedance Tomography (EIT) is highly nonlinear, 

because the current flow strongly depends on the unknown conductivity within the object. 

The solution of the inverse problem in EIT is significantly more difficult than e.g. X-ray 

computed tomography, where the photon paths are essentially straight lines. Furthermore, the 

problem is ill-posed due to its instability – small errors in the measurements can produce large 

errors in reconstruction of conductivity. There are many different algorithms for inverse 

problem solution: deterministic methods (e.g. back-projection, perturbation, and Newton- 

Raphson, Conjugate Gradient method), stochastic methods (e.g. Genetic Algorithms, Monte- 

Carlo method, Simulated Annealing, and also Artificial Neural Network (ANN). 

Level set methods are proposed as a versatile tool for representing moving fronts in a 

variety of physical processes, involving flow phenomena, crystal growth and phase changes 

among others. The use level set methods for inverse problem in EIT received little attention 

so far. The combination level set formulation to describe the shapes of the domains with 

essentially nonoscilatory schemes to solve the Hamilton-Jacobi equation is efficient method 

for wide class of problems involving partial differential equation. 

In the full paper we are going to present experiments indicated efficiency of 

combination level set method with BEM to the solution forward and inverse problem in EIT. 

References 

1. Aliabadi M.H., The Boundary Element Method, Volume 2, John Wiley &Sons, LTD, 2002 

2. Berowski P., Stasiak M., Kwiatkowska A., Sikora J., Level Set Method and Material Derivative Concept in 

Optimal Shape Design, XIV International Symposium on Theoretical Electrical Engineering, Szczecin, 

Poland, 2007 

3. Bertsekas D.P., Nedic A, Ozdaglar A.E., Convex Analysis and Optimization, Athena Scientific, Belmont, 

2003 

27

28 


4. de Munk J.C., Faes T.J.C., Heethaar R.M., The Boundary Element Method in the Forward and Inverse 

Problem of Electrical Impedance Tomography, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 47, No. 

6, pp.792-800, June 2000. 

5. Osher S., Santosa F., Level set methods for optimization problems involving geometry and constraints, 

Journal of Comput. Physics 171, pp.272-288, 2001 

6. Saulnier G.J., Blue R. S., Newell J. C., Isaacson D., Edic P. M., Electrical Impedance Tomography, IEEE 

Signal Processing Magazine, pp.31-43, November 2001. 

7. Sethian J.A., Level Set Methods and Fast Marching Methods. Cambridge University Press, 1999


CALCULATION OF SAR IN BIOLOGICAL OBJECTS 

WITH DIFFERENT PARAMETERS 

Introduction 


Kielce University of Technology, Poland 

The use of wireless personal communication devices, especcialy cellular telephones has 

increased rapidly during last decade. Cellular communication systems require the use of many 

base stations located throughout a service area and it is necessary to install antenas on 

residential and public buildings. Hence, a general public concern about possible 

electromagnetic hazards coming from these wireless communication sources has emerged in 

the last years. The SAR (Specific Absorption Rate) coefficient is recommended as parameter 

to determine the energy absorbed by the body exposed to electromagnetic field. The SAR 

takes into account the incient electromagnetic field parameters and also parameters of the 

body subjected to electromagnetic field. Value of SAR depends on the incident field 

parameters such the intensity, polarization [1] and frequency [2]. The absorption of 

electromagnetic field depends also on parameters of object such as size, shape and orientation. 

SAR is higher when the body is more perpendicular than parallel to an incident field. It is also 

higher when the cross section of the body perpendicular to the incident magnetic field is 

larger. 

The aims of this study is to analyse the influence of the body shape and electrical properties 

on whole body SAR in spheroidal biological object shown in Fig.1. 

Method of calculation 

E 

H 

Fig. 1. Schematic diagram of spheroidal model 

To trace the influence of body properties on the value of the whole-body SAR the calculations 

were made. The values of the SAR were calculated based on the calculating of the electric 

field strength distribution inside the body. The model as a prolate spheroid with major axis 

x 

k 

z 

y 

29

30 


l is shown in Fig.1. The spheroid is an isotropic lossy dielectric. Time-harmonic fields with 

the time-dependence e jωt as a uniform plane wave are suppressed. The external medium is 

assumed to be free space. The relative permittivity ε’-jε” and the conductivity of tissue 

depend on frequency. European Standard EN-50361 establishes values of ε, γ for fantom 

liquid at mobile frequency band 300 – 3000 MHz to be used in SAR calculations. The 

simulations were done for GSM frequencies used in mobile telephony: 900 MHz and 1800 

MHz. The rms value of the electric field strength incident was 61,4 V/m. The values of the 

SAR were calculated using semi-analytical method. The method of calculations was described 

in [3]. The SAR for different configuration have been calculated. The spheroidal body 

dimensions taken into account are corresponding to dimensions of human body. 

Results 

Regarding statistical data avaible on human height and body mass 18 models were 

considered. The conductivity and permeability of tissues of young organism are higer 

comparing to the adult organism. In Figure 2 values of SAR at polarization H and two 

frequencies have been presented in relation of longer axis l of the body. The variation of the 

SAR at 900MHz is observed to be rather small. The SAR has larger value at larger frequency 

and the values of SAR in the body depend on dimensions of the body. The values of the 

SAR are higer for young person and they correspond to higer values of conductivity and 

permeability of tissues of young organism comparing to the adult organism . 

References 

SAR [W/kg] 

0.26 

0.24 

0.22 

0.2 

0.18 

0.16 

0.14 

0.12 

0.1 

0.08 

1800 MHz 

900 MHz 

0.06 

60 80 100 120 

l [cm] 

140 160 180 

Fig. 2. Calculated values of SAR at polarization H. 

[1] Ciosk K., Krawczyk A., Kubacki R.: The influence of the electromagnetic wave parameters on SAR 

coefficient, in: Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering (eds. 

A.Krawczyk, S.Wiak, X.M.Lopez-Fernandez), IOS Press, Amsterdam 2006 

[2] Ciosk K., Krawczyk A: The influence of the electromagnetic wave frequency on SAR in biological object., 

EHE’06, Madeira, pp.2.97-2.100 

[3] Ciosk, A. Krawczyk, R. Kubacki, The comparison of phantom model and simulation results in SAR 

analysis , in: Computer Engineering in Applied Electromagnetism (eds. S. Wiak, A. Krawczyk, M. Trlep), 

Springer, 2005

Wstęp 


BEZPRZEWODOWE MONITOROWANIE 

I TELEDIAGNOSTYKA 

Agnieszka Duraj 1 , Andrzej Krawczyk 2 

1 Politechnika Łódzka, Instytut Informatyki, 

2 Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy 

Współczesna technika komunikacji bezprzewodowej spowodowała ogromny postęp 

w telediagnostyce i monitorowaniu stanów zdrowotnych na odległość. Oprócz szeroko stosowanego 

bezprzewodowego monitorowanie implantów kardiologicznych (stymulatorów i implantowanych 

kardiowerterów-defibrylatorów) wprowadza się coraz częściej monitorowane 

innych implantów elektronicznych a także diagnozowanie stanów chorobowych. Poniżej 

przedstawione są podstawowe dane o obiektach diagnostyki i monitorowania, a także techniki 

ich realizacji. 

Podstawowe wymagania diagnostyki elektromagnetycznej 

Bezprzewodowe diagnozowanie i monitorowanie jest lub będzie prowadzone w przypadkach, 

w których istnieje możliwość wygenerowania sygnału elektromagnetycznego, niosącego informację 

o dysfunkcji organu pacjenta lub o stanie bieżącej aktywności organu. W przyszłości 

mogą to być niemal wszystkie organy, a patrząc na sprawę z obecnego punktu widzenia można 

wyliczyć kilka przykładowych obiektów diagnozujących i monitorujących: 

• kardiostymulatory, 

• poziom glukozy, 

• pompy insulinowe, 

• stymulatory słuchu, 

• monitorowanie stanu zdrowia, 

• wyposażenie medyczne i wskaźniki bezpieczeństwa. 

Niektóre z tych aplikacji zostały już zatwierdzone przez amerykańskie agencje FDA (agencja 

ds. leków i żywności) i FCC (komisja ds. komunikacji) [1]. 

Najprostszy system komunikacji bezprzewodowej można zobrazować linią: implantowany 

stymulator serca (sygnał pierwotny) – komputer domowy (sygnał przetworzony do transmisji 

danych) – telefon lekarza, bądź informacja w sieci komputerowej (przetwarzanie sygnału) – 

telefoniczne dyspozycje dla pacjenta (rozpoznanie i podjęte działanie terapeutyczne). Komputer 

domowy może być zastąpiony telefonem komórkowym, co pozwala pacjentowi na dużą 

aktywność w sensie przemieszczania się. 

31

Wymagania stawiane systemom telediagnostyki i telemonitoringu mają charakter ekonomiczny 

(niski koszt urządzeń teletransmisyjnych), oraz techniczny. Ważnym wymaganiem technicznym 

jest silne ograniczenie mocy układu teletransmisyjnego, aby bateria zasilająca układ 

nadawczy w implancie mogła działać przez wiele lat. 

Inne wymagania techniczne to: 

• zasięg komunikacji – na tyle duży, żeby nie doprowadzić do zerwania łączności 

między implantem a urządzeniem zewnętrznym, 

• szybkość transmisji danych – dane z implantu tworzą duży pakiet, który powinien 

być przesłany w możliwie krótkim czasie, 

• bezpieczeństwo transmisji – dane z implantu mogą być dostępne osobom trzecim, 

a zatem potrzebna jest ich kodowanie, 

• kompatybilność elektromagnetyczna – transmisja może zostać zakłócona przez 

inne źródła pola elektromagnetycznego. 

Dwa pierwsze wymagania mają aspekt informatyczny, podczas gdy czwarty jest związany 

z inżynierią elektromagnetyczną. 

Zarówno standardy amerykańskie jak i europejskie zdefiniowały zakres częstotliwości oraz 

dopuszczalne moce dla urządzeń transmisyjnych. Sformułowano standardy dla dwóch rodzajów 

transmisji: MICS (medical implant communication service) oraz WMTS (wireless medical 

telemetry service). MICS pokrywa systemy o bardzo małej mocy (Ultra-Low Power 

ULP). Europejska Komisja ds. Komunikacji (ECC) zdefiniowała ponadto parametry dla 

aktywnych implantów medycznych (AMI). 

Większość obowiązujących standardów dotyczy kardioimplantów. Pojawiają się nowe aplikacje, 

które wymagać będą innego podejścia, jak na przykład monitorowanie poziomu cukru 

u diabetyków. Techniki takiego monitorowania są już wprowadzane przez firmy elektroniczno-medyczne 

[2]. 

Podsumowanie 

Techniki bezprzewodowego diagnozowania i monitorowania stanowią wyzwanie dla środowisk 

naukowych i technicznych, operujących w obszarze szeroko rozumianego bioelektromagnetyzmu 

a także informatyki. Należy szczególną uwagę zwrócić na aspekty elektromagnetyczne 

(generacja sygnału i kompatybilność elektromagnetyczna). Informatyczne (szyfrowanie 

danych) i biologiczne (parametry elektryczne tkanek biologicznych). Należy oczekiwać, 

że obszar badawczy będzie tutaj bardzo rozległy. 

Literatura 

[1] Panescu D., Wireless communication systems for implantable medical devices, IEEE Engineering in Medicine 

and Biology Magazine, vol. 27, No.2, 2008 

[2] www.dexcom.com/html/dexcom_products.html 

32

Streszczenie 


PROBLEMATYKA KOMPATYBILNOŚCI 

ELEKTROMAGNETYCZNEJ W KSZTAŁCENIU 

STUDENTÓW WYDZIAŁU ELEKTRYCZNEGO 

POLITECHNIKI CZĘSTOCHOWSKIEJ 


Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki 

Współczesne społeczeństwa rozwinięte cywilizacyjnie użytkują szerokie gamę urządzeń 

elektrycznych (elektronicznych i telekomunikacyjnych) różnego rodzaju. Prawie każde pracujące 

urządzenie elektryczne jest źródłem zaburzeń pola elektromagnetycznego o różnych poziomach 

i charakterze, emitowanych do środowiska elektromagnetycznego. Środowisko elektromagnetyczne 

jest to miejsce użytkowania urządzeń określone poziomem i charakterem 

zaburzeń pochodzących od ich źródeł. Zdolność urządzenia elektrycznego do niezawodnej 

pracy w określonym środowisku elektromagnetycznym i nie emitowanie zaburzeń pola elektromagnetycznego 

zakłócającego poprawną pracę innych urządzeń pracujących w tym środowisku 

nosi nazwę kompatybilności elektromagnetycznej. Urządzenie kompatybilne elektromagnetycznie 

nie powoduje zakłóceń w pracy innych urządzeń nie jest wrażliwe na zakłócenia 

emitowane przez inne urządzenia oraz samo nie powoduje zakłóceń we własnej pracy. 

Z drugiej strony, zgodnie z przyjętymi w kraju zaleceniami (Polskiego Komitetu Normalizacyjnego) 

termin zaburzenie elektromagnetyczne (oddziaływanie elektromagnetyczne) oznacza 

przyczynę, która może spowodować powstanie „zakłócenia” pracy urządzenia. W ramach 

kompatybilności elektromagnetycznej rozróżnia się wyraźnie rozdzielnie pojęcie „emisji zaburzeń” 

oraz pojęcie „odporności na zaburzenia”. Obowiązujące w państwach Unii Europejskiej 

dyrektywy dotyczące zasad kompatybilności nakładają obowiązek przestrzegania wymagań 

obowiązujących standardów w zakresie emisji zaburzeń i odporności na zaburzenia. 

Oznaczanie produktów unijnych znakiem „CE” nakłada obowiązek udokumentowania badań 

zakłóceń wytwarzanych przez urządzenia jak również badanie stopnia odporności na zaburzenia 

pochodzące od innych urządzeń w szerokim zakresie częstotliwości roboczych. 

Problematyka kompatybilności elektromagnetycznej staje są coraz bardziej aktualna 

i wprowadzenie jej do programów nauczania wyższych szkół technicznych nie tylko jest koniecznością 

ale jest również ciekawe i atrakcyjne dla studiujących. Wydział Elektryczny Politechniki 

Częstochowskiej prowadzi kształcenie na trzech kierunkach: Elektrotechnika, Informatyka 

i Elektronika i Telekomunikacja. Kształcenie w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej 

zgodnie z obowiązującymi Standardami kształcenia zalecane jest jedynie dla kierunku 

studiów Elektronika i Telekomunikacja na studiach drugiego stopnia (magisterskich) 

w grupie przedmiotów kierunkowych. Dzięki zrozumieniu wagi problemu kompatybilności 

33

34 


elektromagnetycznej w dzisiejszej elektryce, władze wydziału wprowadziły przedmioty 

z tego zakresu do siatek godzin, na wszystkich prowadzonych kierunkach studiów. Na (najstarszym 

z prowadzonych kierunków) kierunku Elektrotechnika wprowadzono przedmioty: 

Kompatybilność elektromagnetyczna w przesyle sygnałów (specjalność: Komputeryzacja 

i Robotyzacja Procesów, studia dzienne jednolite magisterskie, IX semestr, 1 godzina wykładów 

i 2 godzina ćwiczeń laboratoryjnych), Zakłócenia w elektroenergetyce (studia zaoczne 

magisterskie uzupełniające, I semestr, 9 godzin wykładów, 18 laboratorium). Na kierunku 

Elektronika i telekomunikacja: przedmiot Kompatybilność elektromagnetyczna (studia inżynierskie 

zaoczne, VI semestr, 9 godzin wykładów, 18 godzin ćwiczeń laboratoryjnych). Na 

kierunku Informatyka: przedmiot Kompatybilność elektromagnetyczna w przesyle sygnałów 

(studia inżynierskie dzienne, VI semestr, 1 godzina wykładów, 2 godziny ćwiczeń laboratoryjnych. 

W założeniu korelują one z prowadzonymi z przedmiotami Elektroekologia i Elektroekologia 

techniczna. Podstawę dydaktyczną dla studentów studiujących kompatybilność 

elektromagnetyczną stanowi znajomość teorii obwodów, teorii pola elektromagnetycznego, 

technik wysokonapięciowych i pokrewnych dziedzin. 

W pracy opisano niektóre dydaktyczne stanowiska laboratoryjne przygotowane dla 

studentów w Katedrze Elektrotechniki Wydziału Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej, 

takie jak: 

• Pomiary zakłóceń promieniowanych, 

• Badanie dopasowanie antenowego, 

• Ekranowanie kabli sygnałowych od wpływu zewnętrznych pól magnetycznych, 

• Badanie filtrów przeciwzakłóceniowych, 

• Pomiary zakłóceń przewodzonych sieciowych 

• Badanie łączy bezprzewodowych, 

• Własności elementów pasywnych przy wyższych częstotliwościach, 

• Badanie odporności urządzeń na wyładowania elektrostatyczne, 

• Wpływ impulsowych pól magnetycznych o częstotliwości sieciowej na pracę urządzeń, 

• Badanie odporności przepięciowej sprzętu elektronicznego zasilanego z sieci niskiego 

napięcia. 

Powyższa tematyka ćwiczeń laboratoryjnych zawiera się w szeroko rozumianej tematyce 

kompatybilnościowej dotyczącej zjawisk i problemów występujących przy projektowaniu, 

użytkowaniu sprzętu elektrycznego, elektronicznego i telekomunikacyjnego. Badania realizowane 

w trakcie ćwiczeń mają swoje odniesienie do obowiązujących norm europejskich. 

Należy dodać, że koszty utworzenia dydaktycznego laboratorium kompatybilności elektromagnetycznej 

są wysokie ze względu na konieczność stosowania drogiej i specjalizowanej 

aparatury a także na potrzebę wyeliminowania w laboratorium wpływu zewnętrznych pól 

elektromagnetycznych i zakłóceń przenoszonych przez sieci zasilające.


WERYFIKACJE ANALITYCZNA I LABORATORYJNA 

POMIARÓW EMISYJNOŚCI W KOMORZE GTEM 

Streszczenie 


Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Katedra Elektrotechniki 

W roku 2006 zakupiono a w 2007 zainstalowano w laboratoriach Katedry Elektrotechniki 

Wydziału Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej komorę GTEM (Gigahertz Transverse 

Elektro-Magnetic). Komora ta (odpowiadająca w klasyfikacji szwajcarskiej firmy Schaffner 

liczbie 1250) została wykonana przez poprzedniego właściciela i w chwili zakupu nie posiadała 

udostępnionych analitycznych oraz doświadczalnych procedur kalibracyjnych, występujących 

często w postaci programów komputerowych. Bardzo drogie nowe komory GTEM 

zakupywane w konsorcjach produkcyjnych takie procedury programowe posiadają w swoim 

wyposażeniu. 

Pierwszą komorę GTEM zaprojektowano w 1984 roku w firmie ASEA Brown Bovery Ltd. 

(Szwajcaria). Ważną cechą charakterystyczną komory jest podawana maksymalna wysokość 

metalowej płyty znajdującej się wewnątrz obudowy (zwanej septum). Pomiędzy septum 

a dolną ścianą obudowy komory znajduje się przestrzeń robocza (w której umieszcza się 

obiekt pomiarowy). Wysokość septum w budowanych komorach GTEM może wynosić 

ponad 2 metry. 

Komora GTEM jest faktycznie współosiowym przewodnikiem o przekroju prostokątnym 

rozchodzącym się w kształcie piramidy z punktu w wierzchołku którego, umieszczono wejście 

pomiarowe. Rolę ekranu pełni metalowa obudowa komory, natomiast septum pełni 

rolę przewodu wewnętrznego. Zwykle w komorze GTEM płyta septum jest umieszczona 

w 1/3 odległości od górnej ściany komory co pozwala na powiększenie przestrzeni roboczej, 

w której umieszcza się badany obiekt. W pionowej ścianie bocznej komory umieszczone są 

drzwi umożliwiające ustawienie i manipulację obiektem badanym promieniującym pole elektromagnetyczne. 

Wysoką i stabilną wartość ekranowania gwarantują wyselekcjonowane (drogie) 

materiały stosowane na obudowę, drzwi, przepusty i filtry. W konstrukcji komory zawarty 

został kompromis związany z rozdzieleniem rodzajów obciążenia dla różnych zakresów 

częstotliwości. Dla niższych częstotliwości jako obciążenie zastosowano specjalną matrycę 

rezystorową o wypadkowej rezystancji równej 50 Ω. Dla wyższych częstotliwości rolę obciążenia 

pełni materiał absorpcyjny (piramidalne absorbery) pokrywający tylną ścianę komory 

(podstawę ostrosłupa). Są one ustawione na podstawie stanowiącej część czaszy kulistej, 

której geometryczny środek stanowi wierzchołek ostrosłupa (wejście pomiarowe). 

Absorbery pochłaniają energię promieniowaną przez badane urządzenie, eliminując tym 

samym zjawisko odbicia płaskiej fali elektromagnetycznej od tylnej ściany komory. 

35

36 


Badania urządzeń elektrycznych elektronicznych i telekomunikacyjnych w komorach 

GTEM sprowadza się do pomiaru mocy na wejściu komory dla kilku (czasem kilkunastu) 

położeń obiektu badanego w jej wnętrzu. 

Pole elektromagnetyczne badanych urządzeń określa się poprzez zbudowanie zastępczego 

modelu składającego się z: trzech ekwiwalentnych wzajemnie ortogonalnych 

dipoli elektrycznych, trzech ekwiwalentnych wzajemnie ortogonalnych dipoli magnetycznych, 

jednego kwadrupola (pomijanego dla elektrycznie małych urządzeń). Powyższe 

wielkości pozwalają na wyznaczenie momentów elektrycznych i magnetycznych ekwiwalentnych 

dipoli co prowadzi do wyznaczenia pełnych charakterystyk promieniowania elektromagnetycznego 

badanych obiektów. W praktyce znajomość pełnych charakterystyk 

promieniowania badanego obiektu nie zawsze jest konieczna, istotniejsza wydaje się być 

informacja o całkowitej mocy promieniowanej przez badane urządzenie. Pozwala ona na 

określenie maksymalnych wartości natężenia składowych pola elektromagnetycznego 

(elektrycznej i magnetycznej) w dowolnym punkcie przestrzeni w otoczeniu obiektu badanego. 

Podstawowym zadaniem związanym z uruchomieniem komory GTEM było określenie 

przestrzeni pomiarowej wewnątrz komory przy założeniu określonej dokładności badawczej. 

Fizycznie przestrzeń badawcza uzależniona jest od wielkości komory jak i założonego dopuszczalnego 

spadku (zmiany) wartości składowej pionowej wektora natężenia pola elektrycznego. 

W pracy dla posiadanej komory, dokonano określenia przestrzeni badawczej 

w objętości komory przy założeniu dopuszczalnego spadku wartości składowej pionowej 

wektora natężenia pola elektrycznego równego ±1 dB, ±2 dB, ±3 dB. Wraz ze spadkiem wymaganej 

dokładności pomiaru (spadkiem wartości składowej pionowej pola elektrycznego) 

przestrzeń badawcza wewnątrz komory rosła, stąd wniosek, ze im większe obiekty będą badane 

w komorze tym mniej dokładne będą pomiary. W praktycznych badaniach pomiary 

przeprowadza się najczęściej ustawiając rzeczywisty obiekt badany w co najmniej trzech różnych, 

wzajemnie prostopadłych położeniach. 

Pełne weryfikacje rozważań teoretycznych komory GTEM przeprowadzane są dla badanych 

obiektów praktycznie z wykorzystaniem sondy prętowej pola elektrycznego (np. typu 

HZ530 firmy Hameg, Niemcy). Otrzymane wyniki pomiarowe powinny zostać odniesione do 

badań poligonowych, co realizowane jest za pomocą kłopotliwych procedur odpowiednich 

dla stosowanej komory. Przeliczone wielkości pola elektromagnetycznego (komora – poligon) 

pozwalają porównać wartości z pomiarów w komorze z wielkościami pola elektromagnetycznego 

określanymi w normach (normy podają wielkości graniczne pola elektromagnetycznego 

dla warunków pomiarów poligonowych). W pracy pokazano krok po kroku sposób 

tworzenia procedur dla komory GTEM. Opracowanie procedur jest niezwykle ważne, gdyż 

daje pełne możliwość przeliczenia pomiarów parametrów pola elektromagnetycznego dokonanych 

w komorze na standardowe pomiary dokonane na poligonie. Umożliwia to wzajemne 

porównanie otrzymanych wyników w różnych komorach (różnych laboratoriach), bez względu 

na wielkość fizyczną, typ i rodzaj, stosowanej komory GTEM.

Streszczenie 


ENERGIA MOLEKUŁY I JEJ STANY KWANTOWE 

Wanda Gryglewicz-Kacerka 1 , Henryk Małecki 2 , Janusz F. Kacerka 3 

1 Instytut Informatyki Politechniki Łódzkiej 

2 Wyższa Szkoła Informatyki w Łodzi 

3 Instytut Automatyki Politechniki Łódzkiej 

Energia molekuły związana jest z czterema jej ruchami i jest sumą 

1) energii kinetycznej je ruchu postępowego (translacji) E tr , 

2) energii powłok elektronowych E el , 

3) energii oscylacji atomów wokół ich położeń równowagi E osc , 

4) energii rotacji molekuły wokół osi przechodzących przez środek masy molekuły E rot . 

Można zatem zapisać, że energia całkowita E jest równa: 

E = E + E + E + E 

(1) 

tr 

el 

Z wymieniowych rodzajów energii tylko energia translacyjna może przyjmować dowolne 

wartości, czyli jest wartością ciągłą. Pozostałe rodzaje energii przybierają ściśle określone 

wartości , czyli są skwantowane. 

W molekule mamy zatem do czynienia z elektronowymi – E el , oscylacyjnymi – E osc 

i rotacyjnymi – Erot skwantowanymi stanami energetycznymi. 

Poziomy elektronowe 

Dla molekuły dwuatomowej energia elektronowa molekuły rozpatrywana jest jako 

funkcja chwilowej konfiguracji jąder, zależy od jednej współrzędnej odległości r pomiędzy 

jądrami. 

b) F 

a) 

E 

0,5 eV 

-4,4 eV 

r0=0,34nm 

r 

osc 

rot 

r0=0,34nm 

Rys.1. Oddziaływanie między jonami K + i Cl - : a) energia potencjalna oddziaływania, b) siła oddziaływania 

r 

37

38 


Składają się na nią: energia kinetyczna szybko poruszających się elektronów, energia oddziaływań 

elektronów ze sobą i elektronów z nieruchomymi jądrami oraz energia oddziaływań 

wzajemnych jąder. Elektronowe poziomy energetyczne w molekule są tego samego rzędu 

co w izolowanym atomie i zawierają się w granicach od około 1 do 10 eV. 

Poziomy oscylacyjne 

Przy rozpatrywaniu ruchu jąder energia E el , zależna od odległości r między jądrami i mająca 

określone wartości przy każdej wartości ρ, gra rolę energii potencjalnej. Przy małych 

odchyleniach r od położenia równowagi r0, jądra wykonują drgania harmoniczne. Dowolne 

odchylenia atomu od położenia równowagi powoduje powstanie siły 

∂E 

p 

F = − skierowanej do położenia równowagi [1] (rys.1 a,b), która z kolei powoduje po- 

∂r 

wstanie w układzie drgań. 

W przypadku niewielkich odchyleń drgania te są harmoniczne i ich energia wyraża się 

wzorem 

⎛ 1 ⎞ 

Eosc = hν 

osc⎜ 

v + ⎟ 

(2) 

⎝ 2 ⎠ 

h – stała Plancka, 

ν osc – częstość oscylacji, 

v – liczba kwantowa oscylacji, przyjmująca wartości: 1,2,3,.... 

Kwantowanie energii oscylacji, równej sumie energii potencjalnej i kinetycznej daje 

oscylacyjne poziomy energetyczne rys. 2. 

E 

7 

1 

23456 

v=0 

Rys. 2. Oscylacyjne poziomy energetyczne molekuły dwuatomowej 

Należy zwrócić uwagę na to, że poziomy oscylacyjne zagęszczają się ku górze, co wynika 

stąd, że przy dużych amplitudach drgań nie można ich uważać za harmoniczne i częstość 

ν zmienia się (rośnie) przy przejściu do wyższych poziomów. Z rozważań teoretycznych 

osc 

wynika, że energia poziomów oscylacyjnych powinna być co najmniej 43 

1836 ≈ razy 

mniejsze od energii poziomów elektronowych, tj. rzędu 10 -1 -10 -2 eV [2].

Poziomy rotacyjne 


Jak wspomniano wyżej, w molekule np. dwuatomowej jądra mogą drgać wokół położenia 

równowagi, tak że odległość między nimi oscyluje wokół odległości równowagowej r0 

(rys.1a), a w dodatku cały układ może się obracać wokół swego środka masy, który leży na 

osi obrotu (rys. 3). 

a) 

m1 

CM 

r0 

m2 

Rys.3. Uproszczony obraz molekuły dwuatomowej: a) uproszczony obraz molekuły składającej się 

z dwóch mas m1 i m2, b) model dynamicznie równoważny 

Na rys. 3a przedstawiono uproszczony obraz molekuły dwuatomowej składającej się 

z dwóch mas m1 i m2 obracających się wokół wspólnego środka masy (CM) i odległych od 

siebie o r0, natomiast na rys.3b model dynamicznie równoważny poprzedniemu z masą zredukowaną 

µ określoną wzorem 

m1 

⋅m2 

µ = , 

m1 

+ m2 

poruszającą się po orbicie o promieniu r0 wokół ustalonego punktu. Jeśli prędkością masy 

zredukowanej µ jest v, to energia kinetyczna ruchu obrotowego wynosi 

2 

µ v 

Erot = , 

2 

a moment pędu równy jest 

� → → 

L = r 0× 

µ v . 

A więc 

2 2 

µ L L 

Erot = = , 

2 2 

2µ 

r0 

2I 

2 

gdzie I = µ r0 

jest momentem bezwładności molekuły. 

Przyczyną powstawania rotacyjnych poziomów energetycznych jest skwantowanie momentu 

pędu molekuły L � . Oznaczając przez J liczbę kwantową momentu pędu molekuły mamy 

[3] 

h 

L = J ( J + 1) 

(3) 

2π 

b) 

µ 

v 

CM 

39

40 


Rozpatrując molekułę jako bryłę sztywną o momencie bezwładności I, możemy rotacyjną 

energię kinetyczną molekuły wyrazić wzorem [3] 

2 2 

2 

L h J ( J + 1) 

h J ( J + 1) 

Erot = = = , (4) 

2 

2I 

8π 

I 2I 

gdzie J=0,1,2,3... 

Znając odległość atomów r 0 , ich masy m1 i m2 można obliczyć jej moment bezwładności 

I. Okazuje się, że dla molekuł odległości między poziomami rotacyjnymi mieszczą się w granicach 

10 -3 ÷10 -5 eV. 

Z powyższych krótkich rozważań wynika, że energia pobrana z zewnątrz przez molekułę 

i zużyta na wzbudzenie tej molekuły, może spowodować jednoczesną zmianę różnych postaci 

jej energii. I tak, wzbudzeniom elektronów odpowiada emisja promieniowania leżącego 

przeważnie w zakresie widzialnym lub w nadfiolecie, a więc o długościach fali rzędu 

0,1-1µm. Wzbudzeniom oscylacyjnym odpowiada emisja promieniowania w zakresie podczerwieni 

o długościach fal rzędu 10-100µm, a wzbudzeniom rotacyjnym – emisja fal o długości 

rzędu 1000-100000 µm (1 – 100 mm). 

W molekułach bardziej złożonych widmo ma charakter pasmowy. Położenie pasm 

w widmie jest charakterystyczne dla budowy molekuły. Dzięki temu na podstawie widm cząsteczkowych 

można wykrywać obecność związków chemicznych w mieszaninach. 

Spis literatury 

1. W. Gryglewicz-Kacerka, H. Małecki, XV Sympozjum PTZE 2006. 

2. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN, Warszawa 1983 

3. V.E. Weisskopf, Physics Today,1985 p.36


ZASTOSOWANIE OBLICZEŃ RÓWNOLEGŁYCH 

DO WYZNACZANIE ROZKŁADU POLA ŚWIETLNEGO 

Wprowadzenie 


Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej 

Intensywny rozwój nowoczesnych technologii we wszystkich sferach działalności 

człowieka przyczynia się ekspansji nowatorskich metod obliczeniowych, a w szczególności 

metod służących do analizy pól elektromagnetycznych, w tym również do analizy pola 

świetlnego. Metody takie umożliwiają uzyskiwanie wyników z coraz większą dokładnością, 

która w dużej mierze zależy od jakości odwzorowania struktury analizowanego obiektu [1,2]. 

Ma to znaczący wpływ na wzrost czasu obliczeń oraz ilości pamięci operacyjnej, niezbędnej 

do ich realizacji. Z tego powodu wyznaczanie rozkładu strumienia świetlnego należy do jednych 

z najbardziej czasochłonnych zagadnień obliczeniowych. W związku z powyższym, 

podczas wykonywania obliczeń rozkładu strumienia świetlnego coraz częściej stosuje się 

zrównoleglenie obliczeń, wykorzystując do tego celu zarówno maszyny masywnie równoległe, 

jak i klastry komputerowe [1,4]. 

Algorytm obliczeniowy 

Wykorzystując zaprezentowany w pracach [2,3,4] model numeryczny, służący do analizy 

pola świetlnego, opracowano algorytm obliczeń równoległych. Zaproponowano oryginalny 

sposób zrównoleglenia trzech elementów algorytmu: numerycznego wyznaczania wartości 

współczynników wykorzystania strumienia świetlnego, obliczania składowej bezpośredniej 

strumienia świetlnego oraz rozwiązywania układu równań liniowych. 

W pierwszym etapie zrównoleglenia wyznaczano współczynniki wykorzystania (sprzężenia). 

Obliczenia poszczególnych współczynników, polegające na wyznaczaniu podwójnej 

całki, nie zależą od siebie, dlatego można je realizować jednocześnie przez grupę procesorów 

[2]. 

Kolejny etap obliczeń równoległych, polegał na wyznaczaniu wartości składowych bezpośrednich 

strumienia świetlnego na wszystkich powierzchniach elementarnych znajdujących 

się w analizowanym obiekcie. W tej części algorytmu rozpraszano obliczenia dla pojedynczych 

źródeł światła lub ich grup, wykorzystując tego celu zasadę superpozycji [2,4]. 

Trzeci element, który poddano zrównolegleniu, to rozwiązywanie układu równań liniowych. 

Proces zrównoleglenia obliczeń polega na podziale układu na bloki, w których liczba 

równań jest zależna od liczby węzłów oraz ich mocy obliczeniowej, z uwzględnieniem przepustowości 

kanału transmisyjnego. Poszczególne jednostki realizujące zadanie, wykonują 

obliczenia dla pojedynczego kroku iteracyjnego, a po jego wykonaniu zwracają wyniki do 

procesu nadrzędnego. Obliczenia wykonywane przez pojedynczy węzeł (tzn. obliczenia poje- 

41

42 


dynczego bloku) realizowane są niezależnie od pozostałych przy użyciu metody sukcesywnej 

nadrelaksacji. 

W metodach iteracyjnych konieczne jest określenie wartości początkowych szukanych 

zmiennych. Dobór tych wartości jest jednym z elementów procesu obliczeniowego mających 

wpływ na czas rozwiązywania układu równań. Biorąc pod uwagę fakt, że wyniki obliczeń 

(tzn. całkowity strumień świetlny na wszystkich powierzchniach elementarnych) są zbliżone 

do wartości składowych bezpośrednich strumienia świetlnego, zmiennym początkowym 

(w zerowym kroku iteracyjnym) przypisano wartości składowych bezpośrednich strumienia 

na poszczególnych powierzchniach [2,4]. 

Obliczenia pola świetlnego z wykorzystaniem komputerów równoległych 

Podczas przeprowadzania badań testowych dokonano analizy pola świetlnego na wirtualnych 

maszynach równoległych zbudowanych w Instytucie Elektrotechniki i Elektroniki 

Przemysłowej Politechniki Poznańskiej. Wykorzystany metakomputer składał się z 24 komputerów 

osobistych o różnych architekturach sprzętowych. Klaster został zbudowany z wykorzystaniem 

popularnej biblioteki do realizacji obliczeń równoległych i rozproszonych – MPI. 

Całkowita moc obliczeniowa komputera wynosi około 65 GFlops. 

Obliczenia testowe zrealizowano wyznaczając rozkład strumienia świetlnego w obiekcie 

przemysłowym o wymiarach 150x75 m i zróżnicowanej wysokości dla dwóch obszarów: 

w obszarze 1 (pomieszczenia biurowe) 3,5 m i w obszarze 2 (pomieszczenia produkcyjne) 

8 m. Rozmieszczono w nim 400 wymuszeń (w tym 300 typu OPS 250 i 100 typu OKW 336). 

Uzyskane wyniki czasu obliczeń w funkcji liczby procesorów wchodzących w skład 

komputerów równoległych oraz uzyskanej efektywności przedstawiono na rysunkach 1 i 2. 

czas obliczeń T[s] 

700 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

1 4 7 10 13 16 19 22 25 

liczba procesorów n 

Wnioski 

Rys. 1. Zależność czasu obliczeń w funkcji 

liczby procesorów wchodzących 

w skład komputerów równoległych 

efektywność e[%] 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

1 4 7 10 13 16 19 22 25 

liczba procesorów n 

Rys. 2. Zależność efektywności obliczeń 

w funkcji liczby procesorów wchodzących 

w skład komputerów równoległych 

W rezultacie przeprowadzonych badań stwierdzono, że wykorzystanie klastrów komputerowych 

do obliczeń pola świetlnego umożliwia znaczące skrócenie czasu jego analizy. Dla 

przedstawionych przykładów zastosowanie wirtualnej maszyny równoległej doprowadziło do 

skrócenia czasu obliczeń numerycznych z około 650 s do około 31 s na 24 procesorach. Efektywność 

obliczeń wykonanych na 24 procesorach wyniosła około 30%. Otrzymane wyniki


świadczą o efektywnym działaniu równoległego algorytmu obliczeniowego oraz prawidłowym 

funkcjonowaniu algorytmów szeregowania zadań. 

Wyniki przeprowadzonych badań mogą mieć zastosowanie podczas tworzenia aplikacji 

służących do projektowania oświetlenia dużych obiektów przemysłowych, w których analiza 

pola świetlnego jest bardzo czasochłonna. Aplikacje takie mogą wykorzystywać do obliczeń 

lokalne lub zdalne komputery równoległe, w tym również maszyny wirtualne zbudowane 

z grupy komputerów znajdujących się np. w biurach projektowych lub ośrodkach badawczych. 

Literatura 

[1] Grama A., Gupta A., Karypis G., Kumar V.: Introduction to Parallel Computing, Addison-Wesley, Harlow, 

England 2003 

[2] Kasprzyk L.: Analiza rozkładu strumienia świetlnego przy użyciu komputerów równoległych, Przegląd 

Elektrotechniczny, 12/2007, ISSN 0033-2097, R. 83 NR 12/2007, s. 127-131 

[3] Kasprzyk L., Nawrowski R., Tomczewski A., “Application of a Parallel Virtual Machine for the Analysis of 

a Luminous Field”, EuroPVMMPI 2002, LNCS, Vol. 2474, Springer-Verlang B NY H, 2002, pp. 122-129 

[4] Kasprzyk L., Nawrowski R., Tomczewski A.: Analysis of a Light Field with the use of Parallel Computers, 

International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields Compumag’2007, Aachen, 2007, 

pp. 919-920 

43

VIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008 

BADANIE WPŁYWU OPÓŻNIEŃ 

W SIECI TCP/IP/ETHERNET NA UKŁAD REGULACJI 

Streszczenie 

Paweł Kielan 

Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, 

Katedra Mechatroniki 

email: pawel.kielan@polsl.pl 

W celu zaprojektowania poprawnie działającego układu regulacji, z zastosowaniem sieci 

TCP/IP/Ethernet, należy określić wpływ występujących opóźnień transmisyjnych 

i przepustowości łącza oraz pozostałych czynników zakłócających, jak np. brak 

synchronizacji, czy też źle dobranej częstotliwości próbkowania na działanie systemu [3]. 

W niniejszym artykule przedstawione zostaną wyniki badań opóźnień w sieci 

TCP/IP/Ethernet dla różnej konfiguracji i wpływ opóźnień na obiekt regulacji. 

Rys. 1. Poglądowy schemat blokowy układu doświadczalnego do pomiaru czasów transmisji dla połączenia 

obiekt - regulator przez sieć Internet oraz Intranet 

Na rysunku 1 przedstawiono poglądowy schemat blokowy układu doświadczalnego w konfiguracji, 

którego zostały przeprowadzone pomiary opóźnień transportowych w sieci 

45

TCP/IP/Ethernet. Celem eksperymentów było zbadanie wpływu różnych konfiguracji układu 

regulacji oraz określenia zależności odległości pomiędzy regulatorem, a obiektem na opóźnienia 

transmisji w sieci lokalnej oraz sieciach rozległych (Internet). W badaniach wykorzystano 

również najpopularniejsze oprogramowanie systemowe w celu określenia wpływu systemu 

na opóźnienia sieciowe. Jako oprogramowanie rozpatrywano systemy Windows XP, 

Linuks oraz system czasu rzeczywistego QNX. Wykonano również serie pomiarów wykorzystując 

jako regulator oprogramowanie napisane pod mikrokontroler AVR 32-bitowy z dodatkowym 

modułem internetowym oraz z zaimplementowanym stosem TCP/IP. 

Pomiary zostały przeprowadzone w dwóch etapach: 

1. Wykonanie pomiarów opóźnień sieciowych sygnałów sterujących oraz sygnałów pomiarowych 

w sieci lokalnej – Intranet (w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego): 

- pojedynczego napędu elektrycznego (różnych typów), 

- grupy napędów (różnych typów), 

- modelu robota o trzech stopniach swobody ruchu, 

- symulatora robota (oprogramowanie RoboSimul). 

2. Wykonanie pomiarów opóźnień sieciowych sygnałów sterujących oraz sygnałów 

pomiarowych w sieci rozległej – Internet (w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego): 

- pojedynczego napędu elektrycznego (różnych typów), 

- grupy napędów (różnych typów), 

- modelu robota o trzech stopniach swobody ruchu, 

- symulatora robota (oprogramowanie RoboSimul). 

Pomiary przeprowadzono dla dwóch odległości: 

a) Gliwice – Dąbrowa Górnicza – dystans około 70km, 

b) Gliwice-Biel (Szwajcaria) – dystans około 1200km. 

Celem badań protokołu TCP/IP jest opracowanie systemu sterowania robotem w sieci 

rozległej (Internet). Autor zamierza opracować metodologię badań realizowalności układów 

regulacji w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem Internetu. Badania, których wyniki 

przedstawione zostaną w niniejszym artykule mają służyć określenom ograniczeń, jakie 

wprowadzaja do układów regulacji sieci oparte o protokół TCP/IP. 

Literatura 

1. Kielan P.: Analysis of TCP/IP protocol – aspects of mechatronic equipment control through internet. XII 

Sympozjum Podstawowe Problemy Energoelektroniki, Elektromechaniki i Mechatroniki – PPEEm’2007, 

Wisła, 9-12 grudnia 2007r. 

2. T.Min Chen, Ren C.Luo: Remote supervisory of An Autonomous Mobile Robot via Word Wide Web., ISIE, 

Guimaraes, Portugal, 1997. 

3. P. Plesowicz: Zastosowanie protokołu TCP/IP do transmisji sygnałów dla potrzeb automatyki, Rozprawa 

doktorska, Gliwice 2006. 

4. T.Min Chen, Ren C.Luo: Multisensor Based Autonomous Mobile robot Through Internet Control., Proceedings 

of the IECON International Conference on Industrial Electronics, Control, and Instrumentation. New 

York, USA, 1997. 

5. S.Vitturi: DP-Ethernet the profibus DP protocol implemented on Ethernet. Computer Communications, 

Elsevier Science B.V., 2003. 

46

VIII Sympozjum PTZE, Zamość 2008 

6. P. Plesowicz: Testing of TCP/IP Based Communication for Control Purposes, Proceedings of IFAC 

Programmable Devices and Systems. Gliwice 2001. 

7. P. Gaj: Zastosowanie protokołu TCP/IP do transmisji informacji dla potrzeb przemysłowych systemów 

kontrolno-nadzorczych, Politechnika Śląska, Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki, 2003. 

8. R.M. Parkin, C.A. Czarniecki, R. Safari, Safari.W.Calkin. A PID servo control system experiment conductef 

remotely via Internet. Control Engineering Practice, pp. 709-720, Elsevier Science 2003. 

47


MAGNESY TRWAŁE – 

PRZEMAGNESOWANIE, HISTEREZA, 

WSPÓŁCZESNE MATERIAŁY 

Robert A. Kosiński 


Czerniakowska 16, 00-701 Warszawa, 

Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej, Koszykowa 75, 00-662 Warszawa 

Magnesy trwałe, w postaci rud żelaza (magnetytów), są znane ludziom od wieków. Rozwój 

techniki spowodował wzrost zainteresowań takimi materiałami, gdyż wiele urządzeń, np. silniki 

prądu stałego, wymagało zastosowania źródeł stałych pól magnetycznych. Podjęto też 

badania naukowe nad materiałami o doskonalszych właściwościach magnetycznych niż naturalnie 

występujące. Doprowadziło to do wyjaśnienia struktury materiałów magnetycznych 

(magnetyków) oraz natury procesów przemagnesowania, które odgrywają zasadniczą rolę 

w zastosowaniach magnetyków. O skali uzyskanego postępu w produkcji magnesów trwałych 

może świadczyć porównanie magnesu podkowiastego ze współczesnym magnesem np. neodymowym, 

który mając kilkadziesiąt razy mniejszą objętość wytwarza tysiące razy większe 

pole magnetyczne. 

Zajmijmy się strukturą magnetyczną typowego ferromagnetyka jakim jest np. żelazo. Moment 

magnetyczny związany z każdym jonem sieci krystalicznej Fe jest wypadkową momentów 

magnetycznych (orbitalnych i spinowych) wszystkich elektronów wchodzących w skład 

każdego jonu. W przypadku ferromagnetyka (np. Fe, Co, Ni) wypadkowy moment magnetyczny 

jest niezerowy. W kryształach tego typu występuje wewnętrzne pole magnetyczne 

o charakterze kwantowym, zwane polem wymiennym, które porządkuje momenty magnetyczne 

sieci krystalicznej w jednym kierunku. (Późniejsze badania wykazały, że istotną rolę 

odgrywa też porządkowanie momentów magnetycznych elektronów wędrownych). Wynikałoby 

z tego, że każda próbka żelaza, na skutek tego uporządkowania powinna być zawsze 

namagnesowana do maksymalnej wartości (nasycenia), co na poziomie makroskopowym byłoby 

obserwowane jako istnienie wektora namagnesowania nasycenia MS. Jednak jak wiadomo 

kawałek żelaza nie musi być namagnesowany. Jaki jest tego powód? 

Okazuje się, że podstawową tego przyczyną jest dążenie każdej próbki danego materiału 

do zminimalizowania pewnej funkcji termodynamicznej – energii swobodnej F. W przypadku 

ferromagnetyka energia ta ma kilka składników: energię magnetostatyczną, energię anizotropii 

magnetokrystalicznej, energię magnetostrykcji, energię w polu magnetycznym zewnętrznym. 

Gdyby w całej próbce wszystkie momenty magnetyczne były skierowane w jedną stroną, 

to energia wymienna, związaną z występowaniem pola wymiennego, byłaby najmniejsza, 

ale inne składniki F byłyby dość duże i minimum energii swobodnej próbki nie zostałoby 

osiągnięte. Aby je osiągnąć próbka dzieli się na domeny. Są to obszary, na ogół o nieregularnych 

kształtach, namagnesowane do nasycenia, ale każdy w inna stronę. W ten sposób próbka 

49

50 


jako całość ma namagnesowanie M = 0. Pomiędzy domenami powstają ściany domenowe – 

obszary przejściowe, w których następuje stopniowy obrót momentów magnetycznych od 

kierunku jaki jest w jednej domenie do kierunku w domenie sąsiedniej. Dla żelaza przeciętny 

rozmiar domen jest rzędu 10 -6 m, a szerokość ściany domenowej rzędu 10 -8 m. 

Proces namagnesowania (przemagnesowania) polega na przyłożeniu do próbki zewnętrznego 

pola magnetycznego H, o dostatecznie dużym natężeniu, co powoduje zmiany w strukturze 

domenowej: domeny o kierunkach M zgodnych i zbliżonych do kierunku pola zewnętrznego 

rozrastają się kosztem innych domen. W ten sposób powstaje namagnesowanie 

całej próbki. Po usunięciu pola zewnętrznego pozostaje M ≠ 0, gdyż najważniejsze mikroskopowe 

procesy przemagnesowania nie są odwracalne. Zauważmy, że zmiana wielkości domen 

polega na przemieszczaniu się ścian domenowych, które jest wywołane przez zewnętrzne 

pole magnetyczne H. Energia (potencjalna) ściany domenowej E zależy od jej położenia x 

w danym punkcie próbki i jest funkcją posiadającą wiele lokalnych minimów i maksimów 

o charakterze barier potencjału. Pole H zmienia położenie ściany domenowej i przeprowadza 

ścianę przez te bariery potencjalne. Usunięcie pola powoduje tylko lokalne cofnięcie ściany 

do pobliskiego minimum energetycznego, natomiast ze względu na duże bariery potencjału, 

powrót ścian domenowych na poprzednie miejsca jest niemożliwy. Dla dostatecznie dużych 

pól magnetycznych jest więc to proces nieodwracalny. Warto zauważyć, że dla małych pól 

zewnętrznych ściany przemieszczają się nieznacznie, ich przesunięcia są odwracalne i stan 

niewielkiego namagnesowania w małym polu zewnętrznym zanika po usunięciu pola. Oprócz 

opisanego wyżej najważniejszego procesu występują też i inne procesy przemagnesowania - 

są one związane z obrotem wektorów M w domenach. Mają one większe znaczenie silnych 

polach magnetycznych i zależą od struktury krystalicznej materiału; mogę mieć również charakter 

odwracalny i nieodwracalny. 

Magnesy trwałe są to elementy posiadające możliwie największe namagnesowanie MS, 

które jest stabilne w czasie i jest mało podatne na wpływ czynników zewnętrznych np. niezbyt 

wielkich pól magnetycznych. Wynika stąd, że kluczem do uzyskanie tej właściwości jest 

utrudnienie w danym materiale ruchu ścian domenowych. Odpowiednia struktura i skład materiału 

powiększa bariery energii potencjalnej i utrudnia ruch ścian, czyli przemagnesowanie 

próbki. Takie właściwości powinien mieć właśnie materiał na magnesy trwałe, nazywa się on 

magnetykiem twardym (w odróżnieniu od magnetyków miękkich, które przemagnesowują się 

łatwo). Czynnikami utrudniającymi ruch ścian domenowych jest np. stworzenie struktury 

krystalicznej materiału z krystalitami o odpowiednich rozmiarach (granice ziaren są centrami 

hamującymi ruch ścian), stosowanie różnego typu domieszek i stopów, odpowiednie procesy 

technologiczne. 

Obrazem omówionych wyżej procesów przemagnesowywania jest krzywa zwana pętlą 

histerezy, otrzymywana przy pomiarze namagnesowania w funkcji pola magnetycznego. Na 

pętli przyjęto definiować charakterystyczne wartości: pole remanencji HC i namagnesowanie 

nasycenia MS. Przy dostatecznie dokładnych pomiarach na pętli histerezy można zarejestrować 

tzw. skoki Barkhausena, które świadczą o wyżej omówionych przeskokach ścian domenowych 

między dolinami potencjalnymi. W zależności od rodzaju materiału pętle histerezy 

mogą mieć rozmaite kształty. Ponieważ pole powierzchni zawarte wewnątrz pętli histerezy 

jest proporcjonalne do energii przemagnesowania próbki, to w przypadku magnetyka twardego 

typowa pętla ma duże wartości HC i MS. Iloczyn MSHC jest podstawowym parametrem 

charakteryzującym jakość magnesu trwałego. 

Jak już wspomnieliśmy osiągnięty został wielki postęp w produkcji magnesów trwałych, 

będący wynikiem rozwoju inżynierii materiałowej. Ważnym krokiem w rozwoju technologii 

produkcji magnesów trwałych było w 1920 odkrycie Kotaru Hondy (Tohoku Univ., Sendai, 

Japonia), że bardzo dobrymi domieszkami do żelaza jest kobalt. Dalsze prace w tym kierunku 

doprowadziły do opracowania materiałów na bazie żelaza domieszkowanych glinem, niklem


i kobaltem (t.zw. materiały AlNiCo). W materiałach takich po wytworzeniu odpowiedniej 

tekstury ziaren krystalicznych uzyskano MSHC = 85 kJ/m 3 . 

Pod koniec lat 40 XX w. w laboratoriach Philipsa opracowano nowy typ materiałów – ferryty. 

Są to kompleksowe związki Fe2O3 z tlenkami innych metali (np. Zn, Mn). Materiały te 

należące do tzw. ceramiki czarnej, są więc to spieki starannie rozdrobnionych proszków. Ferryty 

mają dobre właściwości użytkowe, są tanie, łatwo im nadać pożądany kształt, słabo 

przewodzą prąd elektryczny. Osiągają wartości MSHC ok. 30 kJ/m 3 , a ich produkcja światowa 

sięga 90% całej produkcji materiałów na magnesy trwałe. Przykładem ferrytu jest Ba- 

Fe12O19 (ze strukturą heksagonalną). 

Gdy cena magnesu nie gra zasadniczej roli, w zastosowaniach specjalnych (laboratoria, 

sprzęt specjalistyczny, technika kosmiczna), najlepszymi magnetykami twardymi są materiały 

domieszkowane neodymem lub samarem. Materiał taki z odpowiednią strukturą krystalograficzną 

(heksagonalną lub tetragonalną), może osiągnąć MSHC = 215 kJ/m 3 (inicjujące prace 

badawcze nad tymi materiałami prowadziła f-ma General Electric). Najlepsze współczesne 

magnesy trwałe to magnesy neodymowe w których MSHC jest rzędu 400 kJ/m 3 . 

W produkcji najnowocześniejszych materiałów na magnesy trwałe coraz większą rolę odgrywa 

nanotechnologia. Wytworzenie odpowiedniej struktury wewnętrznej materiału, zawierającej 

ziarna o nanometrowych wymiarach, bardzo znacznie obniża podatność materiału na 

przemagnesowanie, ze względu na dużą gęstość centrów hamujących ruch ścian domenowych. 

Przykładem takiego współczesnego materiału jest np. Nd13.2Fe79.6B6Si1.2 z ziarnami 

nanometrowymi. Wydaje się, że w najbliższej przyszłości postęp w pracach nad materiałami 

na magnesy trwałe będzie związany z rozwojem nanotechnologii. 

51


COMPUTER SIMULATION OF THE INFLUENCE 

OF THERMAL AND MAGNETICFIELDS 

ON THE PLASTICITY OF NONMAGNETIC CRYSTALS 

Symulacja komputerowa wpływu pól termicznych i magnetycznych 

na plastyczność niemagnetycznych ciał krystalicznych 

Romuald Kotowski 1,2 , Vladimir I. Alshits 1,3 , Piotr Tronczyk 1 

1 Polish-Japanese Institute of Information Technology, Warsaw, Poland 

2 Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland 

3 Institute of Crystallography, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia 

Magnetoplasticity in nonmagnetic crystals is a very peculiar phenomenon discovered by the 

experimental group of the second author. It was found [1, 2] that dislocations in alkali halides 

and metals under the field B ≈ 1 T , in the absence of loads or any other external actions, 

moved at macroscopic distances l ~ 10 ÷ 100 µm . Then this phenomenon was studied in 

details in the same group and by many independent researchers (see e.g. review article [3]). 

The effect manifests itself in a remarkable change of a pinning force on dislocations from 

point defects under external magnetic field. This change is caused by an elimination of 

quantum exclusion of some electron transition in the system impurity-dislocation due to an 

evolution of a spin state in this system under the influence of a magnetic field. After the above 

transition a configuration of the pinning center becomes completely different and the pinning 

force also changes. As a rule this leads to a softening of crystals, however for some specific 

choice of doping there are also known examples of their strengthening. For instance, the 

hardening of NaCl(Pb) crystals in the magnetic field was revealed. Thus, the magnetoplastic 

effect provides an example of a quantum phenomenon displaying itself in crystal properties at 

room temperature. 

Manifestations of the magnetoplastic effect were experimentally found both in the mobility of 

individual dislocations and in such macro-plastic processes as active deformation, active 

loading, creep, internal friction, microhardness, etc. The effect was observed in alkali halide 

crystals (NaCl, LiF, CsI, KCl), non-magnetic metals (Zn, Al), semiconductors (InSb, ZnS, 

Si) and some molecular crystals. In particular, the yield stress of NaCl(Ca) and LiF(Mg) 

crystals decreased 2-3 times under the magnetic field B = 0. 

5 T . 

In computer simulations the random internal stresses were replaced by a constant external 

driving force. Dislocations were considered in a line tension approximation and their 

interactions with point defects were supposed to be of a contact type. The motion of a 

dislocation through the point defects "forest" consisted of the individual jumps of its separate 

segments hooked on the obstacles (pinning points) and of generations the new configurations. 

The segment is unlocked from the hook when the angle between the neighbor arcs becomes 

53

54 


less than a certain critical value. The algorithm stops when the dislocation line passes over all 

the obstacles, or when there are no more critical angles between any two neighboring arcs. 

Thermal and magnetic actions were simulated in terms of their influence on the critical angle. 

The motivation for computer simulations, imitating physical experiments, was associated with 

getting additional information which could not be extracted from real measurements. We 

were especially interested in distributions of dislocation segments lengths on stationary 

moving dislocations, in characteristics of unzipping processes and in typical numbers of 

active pinning points on a dislocation when it moves under the magnetic field. 

The paper presents a short survey of main results obtained in this area. A kinematical model 

of dislocation motion under the magnetic field based both on experiments and on computer 

simulations was introduced and discussed. The particular physical mechanisms of the 

phenomenon will be also discussed. 

Acknowledgements 

The paper was supported by the KBN MNiSW (Poland) as a research project number 4 T07A 

023 27. 

Literature 

[1] Alshits V.I., Darinskaya E.V., Perekalina T.M., and Urusovskaya A.A., Dislocation motion 

in NaCl crystals under static magnetic field, Fiz. Tverd. Tela, 29, (1987),467-471; 

[2] Alshits V.I., Darinskaya E.V., Gektina I.V. and Lavrent'ev F.F.: (1990), The investigation of the 

magnetoplastic effect in zink single crystals, Kristallografiya, 35, 1014-1016; 

[3] Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., and Petrzhik E.A. (2003): Magnetoplastic effects: basic 

properties and physical mechanisms, Kristallografiya, 48, 826-854; 

[4] Alshits V.I., Kotowski R., Zjawisko magnetoplastyczności w materiałach niemagnetycznych, Przegląd 

Elektrotechniczny, 12 (2004), 1220-1224 

[5] Kotowski R., Symulacja komputerowa magnetoplastyczności, Przegląd Elektrotechniczny, 12 (2005), 

16-18 

[6] Kotowski R., Vladimir I. Alshits V.I., Tronczyk P., Symulacja komputerowa magnetoplastyczności - ruch 

dyslokacji w polu magnetycznym, Przegląd Elektrotechniczny, 12 (2006), 80-82


ANALIZA PRZYDATNOŚCI WYTWARZANYCH 

PRZEWODÓW NADPRZEWODNIKOWYCH 

NA UZWOJENIE WTÓRNE NADPRZEWODNIKOWYCH 

OGRANICZNIKÓW PRĄDU 

TYPU TRANSFORMATOROWEGO 


Politechnika Lubelska 

Zwarcia awaryjne w sieciach elektroenergetycznych są dużym zagrożeniem dla transformatorów, 

generatorów, szyn zbiorczych i linii przesyłowych oraz zmniejszają pewność 

dostarczania energii odbiorcom. Ograniczanie prądów zwarcia za pomocą dławików i odpowiednio 

dużej reaktancji transformatorów znacznie wpływa na wzrost kosztów budowy i eksploatacji 

systemu elektroenergetycznego, a więc i cenę energii elektrycznej. 

O dynamicznych skutkach sił powstających w urządzeniach elektroenergetycznych 

decyduje największa wartość chwilowa prądu zwarciowego (prąd dynamiczny) przepływającego 

przez nie podczas zwarcia. Maksymalna wartość sił mechanicznych od prądu zwarcia 

występuje zwykle w czasie, gdy prąd osiąga pierwsze maksimum po zwarciu tj. 0,005 sekundy 

przy częstotliwości 50Hz. Jeżeli przerwiemy obwód zwarciowy lub powiększymy jego 

impedancję bardzo szybko tj. w czasie znacznie krótszym od 0,005 sekundy to siła dynamiczna 

nie osiągnie swojego pierwszego maksimum i nie wytworzy nadmiernych naprężeń 

i uszkodzeń urządzeń elektromagnetycznych w zwartym obwodzie. 

Rys. 1. Idea działania ogranicznika prądu 

Rys. 2. Rzeczywista charakterystyka napięciowoprądowa 

nadprzewodnikowego ogranicznika prądu 

55

56 


Szybkie i niezawodne działanie mogą zapewnić nadprzewodnikowe ograniczniki prądów, 

bowiem czas przejścia nadprzewodnika ze stanu nadprzewodzącego do rezystywnego 

wynosi kilkadziesiąt mikrosekund, a ich powrót do pracy po zadziałaniu jest prawie natychmiastowy 

i nie wymaga wykonywania jakichkolwiek czynności. 

Nadprzewodniki wykazują całkowity zanik rezystywności jedynie w warunkach, gdy 

ich parametry, tj. temperatura, gęstość prądu i gęstość strumienia magnetycznego nie przekraczają 

pewnych wartości nazywanych krytycznymi. Właściwości gwałtownego (skokowego) 

wzrostu rezystancji elementu nadprzewodnikowego przy przekroczeniu jego wartości krytycznej 

prądu umożliwia budowę ograniczników prądów zwarciowych w sieciach elektroenergetycznych. 

Istnieją dwa zasadnicze rodzaje rozwiązań nadprzewodnikowych ograniczników prądu: 

rezystancyjne i indukcyjne. Ograniczniki rezystancyjne są proste w swej konstrukcji, jednak 

wymagają doprowadzenia prądu roboczego do elementu nadprzewodnikowego za pomocą 

przepustów prądowych. 

Ograniczniki indukcyjne mają budowę podobną do przekładników prądowych, w których 

uzwojenie wtórne stanowi zwarte uzwojenie nadprzewodnikowe, najczęściej pierścień 

z ceramiki nadprzewodnikowej. 

Ogranicznik transformatorowy jest pewną odmianą ogranicznika indukcyjnego, 

w którym uzwojenia wtórne jest konwencjonalne, ale jest zwarte przez element nadprzewodnikowy. 

Rys. 3 Obwód elektryczny nadprzewodnikowego 

ogranicznika prądu typu transformatorowego 

Rys.4. Wartości rezystywności próbek materiałów 

nadprzewodnikowych w funkcji temperatury [5] 

Zaletą ograniczników typu transformatorowego jest możliwość użycia elementu nadprzewodnikowego 

dowolnego kształtu w prostym kriostacie bez przepustów prądowych. 

Główną wadą ograniczników transformatorowych jest wymaganie większej rezystancji 

w stanie nienadprzewodzącym, aby zapewnić wymagany stopień ograniczania prądu. 

W innych zastosowaniach nadprzewodników wartość rezystancji w stanie nienadprzewodzącym 

jest pożądana bardzo mała i dlatego badania nad uzyskaniem materiałów 

o dużej rezystywności w stanie „normalnym” nie były prowadzone. W ostatnich latach zagadnieniem 

tym zajmuje się kilka ośrodków na świecie i są publikowane pierwsze wyniki [5]. 

W taśmach drugiej generacji (2G) nadprzewodnik zajmuje mniej niż 1% zawartości. 

Pozostałe materiały stanowią podłoże i stabilizator. Gdyby je zastąpić materiałem o większej 

rezystywności możliwe będzie uzyskanie dostatecznego stopnia ograniczania prądu.


W pracy niniejszej przedstawiono uzyskane porównania rezystywności najnowszych 

materiałów na ograniczniki i próbę oceny przydatności ich w ogranicznikach typu transformatorowego. 

Tabela 1: Wartości rezystywności niektórych nadprzewodników w temperaturze 300K [5] 

Literatura 

Nadprzewodnik Rezystywność 300K, µΩm 

Bi1 . 7Pb0. 

4Sr2Ca1. 

1Cu2. 

1Ox 

11 

Bi1 . 45Yb0. 

25Pb0. 

4Sr2Ca1. 

1Cu2. 

1Ox 

33,2 

Bi1. 7Pb0. 

4Sr1. 

75Yb0. 

25Ca1. 

1Cu2. 

1Ox 

26 

Bi1 . 7Pb0. 

4Sr2Ca0. 

85Yb0. 

25Cu2. 

1Ox 

46,2 

1. Kozak S., Janowski T., Materiały nadprzewodnikowe dla nadprzewodnikowych ograniczniczów prądu, 

Prace Naukowe IPEE Politechniki Wrocławskiej,nr 44, s. Konferencje nr 18 (Postepy 

2. 

w Elektrotechnologii), Wrocław – Jamrozowa Polana, 20-22 września 2006, str. 277-284 

GAUZZI A. et al., Continuous Deposition of Thermally Co-Evaporated YBCO/CeO2/Ni Coated Conductors, 

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol 15, no 2, pp. 2628-2631, June 2005. 

3. JANOWSKI T. i inni, Nadprzewodnikowe ograniczniki prądu, Wydawnictwo LIBER, 2002. 

4. Martin W. Rupich, Darren T. Verebelyi, Wei Zhang, Thomas Kodenkandath and Xiaoping Li, „Metalorganic 

Deposition of YBCO Films for Second- Generation High – Temperature Superconductor 

Wires”,MRS BULLETIN, AUGUST 2004, p .572-578 

5. A.BIJU, P.M.SARUM, R.P. ALOYSIUS, U. SYAMAPRASED: “Improved flux pinning properties of 

Yb substituted (Bi, Pb)2212 Superconductor”, Journal of American Ceramic Society, Volume 90, Issue 10, 

Page 3138-3141, October 2007. 

Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2007-2009 jako projekt badawczy. 

57


STYMULACJA ELEKTROMAGNETYCZNA 

NERWU BŁĘDNEGO W TERAPII ANTYOTYŁOŚCIOWEJ 

Wstęp 



Politechnika Rzeszowska, Politechnika Opolska 

Stymulacja nerwu błędnego (Vagal Nerve Stimulation – VNS) jest techniką, mogącą wpływać 

na wiele organów człowieka. Wynika to z niezmiernie ważnej roli, jaką pełni nerw błędny 

w funkcjonalnym sterowaniu organizmem człowieka. Stanowi on główne połączenie poszczególnych 

organów ciała z obszarem mózgu. 

Terapie z użyciem VNS 

Można wskazać trzy grupy chorób, które mogą być leczone poprzez stymulację elektryczną 

nerwu błędnego: 

• kardiologiczne, 

• choroby układu nerwowego, 

• fizjologiczne. 

Pierwsze dwie grupy chorób, już od kilku lat, są leczone technikami VNS, podczas gdy 

trzecia grupa jest w fazie badań. Jedną z tych chorób jest otyłość chorobliwa (morbid obesity). 

Chorobliwa otyłość jest nagminną przypadłością dotyczącą ludzi w zachodniej cywilizacji. 

Ocenia się, że liczba osób w Stanach Zjednoczonych, dotkniętych otyłością, bądź nadwagą 

wynosi 50-60 %. Szacunkowe dane są takie, że około 6% amerykańskiego społeczeństwa 

dotknięte jest otyłością chorobliwą. Istnieją procedury chirurgiczne, pozwalające na walkę z 

tą przypadłością. Stymulacja elektryczna może stanowić alternatywne rozwiązanie i znakomicie 

zmniejszyć skalę tej dolegliwości poprzez zmniejszenie poczucia głodu. Podstawowym 

rodzajem stymulacji jest stymulacja nerwu błędnego, zastępowana czasem stymulacją bezpośrednią 

jamy brzusznej. 

Ograniczenie ilości spożywanego jedzenia jest procedurą złożoną i pełne zrozumienie 

czym jest uczucie nasycenia jest wysoce nieuchwytne. Poczucie nasycenia wynika z oddziaływania 

parametrów poznawczych ośrodka mózgowego oraz sygnału z przewodu pokarmowego, 

włączając sygnały z przechowalników tłuszczu. A zatem rozdęcie żołądka i przewodu 

pokarmowego współdziała z aktywnością elektryczną nerwu błędnego. Można zatem w sposób 

sztuczny powodować uczucie nasycenie, ponieważ rozdęcie żołądka jest najważniejszym 

parametrem nasycenia. 

59

60 


W literaturze przytacza się wyniki testów prowadzonych na dziesięciu psach, które podzielone 

zostały na dwie kategorie badawcze: badania intensywne, w których stymulację prowadzono 

20 minut przed jedzeniem i podczas jedzenia oraz badania łagodne, gdzie stymulacja 

była prowadzona w sposób ciągły. W obu przypadkach zastosowano bipolarną stymulację. 

Czas posiłku ustalony został na 20 minut i jego zmiany oraz jego wielkość były rejestrowane. 

Zwierzęta miały nieograniczony dostęp do wody. Elektryczne parametry stymulacji były 

następujące: częstotliwość sygnału wynosiła 30 Hz, szerokość impulsu 500 ms, stymulacja 

odbywała się w trybie okresowym – 30 sekund stymulacji, 2 minuty przerwy, początkowy 

prąd stymulacji wynosił 2 mA i był zwiększany ze skokiem 0,25 mA do osiągnięcia maksymalnego 

efektu. 

Zaobserwowano w obu grupach badawczych, że czas jedzenia podczas stymulacji wydłużał 

się z kilku minut do założonych dwudziestu, przy stymulacji wyłączonej wracał do kilku 

minut. Waga ciała zwierząt stymulowanych w sposób ciągły malała, podczas gdy u zwierząt 

stymulowanych intensywnie zmiana wagi była w obszarze błędu statystycznego. 

W miarę zachęcające wyniki badań skłoniły badaczy z Lenox Hill Hospital w Nowym Jorku 

i Teksańskiego Uniwersytetu w Houston do przeprowadzenia badań z udziałem ochotników. 

Przebadano 5 kobiet i jednego mężczyznę, spełniających warunki chorobliwej otyłości. 

Zastosowano stymulację nerwu błędnego o podobnej charakterystyce elektrycznej jak 

w przypadku psów. Badania przeprowadzono ze ślepą próbą. 

Rezultaty stymulacji były niejednoznaczne. Jedna kobieta, ważąca około 200 kg straciła 

około 40 kg, wykazując tendencję zniżkową. Dwoje innych uczestników straciło około 10% 

wagi ciała i proces spadania wagi zatrzymał się. U dwojga pozostałych nie stwierdzono żadnej 

zmiany [1]. 

Propagatorzy stymulacji nerwu błędnego twierdzą, że we wszystkich badaniach osiągnęli 

14-procentowy ubytek wagi w obiektach badanych, co, według ich wiedzy, jest dwukrotnie 

wyższą wartością od tej, którą dają środki farmaceutyczne aprobowane przez amerykańską 

Agencję ds. Żywności i Leków (FDA). 

Pomimo niejednoznaczności wyników badań stwierdza się potrzebę ich kontynuacji, a 

w amerykańskim urzędzie patentowym terapia VNS została już zastrzeżona jako US Patent. 

W Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego (Katedra Patofizjologii) zespół prowadzony 

przez profesora Piotra J. Thora przeprowadził podobne badania [2]. Prowadzono je 

na świniach i szczurach, wspomagając VNS ogólną stymulacją polem magnetycznym. 

Wyniki jakie osiągnięto w różnego rodzaju badaniach prowadzonych przez ten zespół potwierdzają 

niejednoznaczności rezultatów osiągniętych w badaniach amerykańskich. Pozytywne 

aspekty rezultatów badań dają zespołowi asumpt do ich rozwijania. 

Wniosek 

Przytoczone wyżej wyniki badań wskazują jednak na potrzebę prowadzenia takich badań, 

zarówno w wymiarze światowym jak i w Polsce. Ze względu na ich interdyscyplinarność badania 

na temat stymulacji nerwu błędnego w przeciwdziałaniu chorobliwej otyłości powinny 

być prowadzone przez jakiś ośrodek medyczno-biologiczny, wspomagany przez badaczyinżynierów, 

fizyków.

Literatura 


1. Roslin M., Kurian A., The Use of Electrical Stimulation to Treat Morbid Obesity, w: Bioelectromagnetic 

Medicine (ed. P.J. Rosch, M. Markov), Taylor & Francis, Boca Raton 2004. 

2. Zaraska W. Thor P., Lipinski M., Cież M., Grzesiak W., Początek J., Zaraska K., Design and fabrication 

of neurostimulator implants – selected problems, Microelectronics Reliability 45, 2005. 

61

Wstęp 


MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA 

APROKSYMACJI ZALEŻNOŚCI 

W POLU BLISKIM ANTEN MIKROFALOWYCH 

W OCENIE NARAŻENIA LUDZI I ŚRODOWISKA 

Roman Kubacki 1) , Jarosław Kieliszek 2) , Marian Wnuk 1) 

1) Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 

2) Wojskowy Instytut Higieny i Epidemiologii, Warszawa 

Powszechnie stosowane anteny mikrofalowe jako anteny nadawcze stacji bazowych telefonii 

komórkowej, lokalizowane na masztach antenowych lub na dachach budynków mieszkalnych 

powinny być tak usytuowane aby obszary, w obrębie których występują wartości natężenia 

pola elektrycznego wyższe od wartości dopuszczalnych nie występowały w miejscach, w których 

mogą przebywać ludzie. Często są to obszary w bezpośredniej bliskości samych anten. 

Lokalizacja anten stacji bazowych telefonii komórkowej powinna być zatem poprzedzona 

obliczeniami symulacyjnymi rozkładu pola elektromagnetycznego, ze szczególnym uwzględnieniem 

obszarów w pobliżu anten. Powszechnie stosowane w obliczeniach wyrażenie na 

pole elektryczne przedstawione zależnością (1) może być stosowane na dostatecznie dużych 

odległościach od anteny, tj. na odległościach większych aniżeli rD = 2D 2 /λ, gdzie D jest największym 

poprzecznym rozmiarem anteny. 

1 

E = 60 P GF 

( θ , ϕ ) 

(1) 

gdzie: P – moc doprowadzona do anteny, 

G – zysk energetyczny anteny, 

F(θ,ϕ) – charakterystyka promieniowania anteny. 

r 

o 

Stosowanie zależności (1) do wyznaczania pola elektrycznego w pobliżu anten mikrofalowych 

obarczone jest zbyt dużym błędem. Z kolei analityczne metody dokładnego wyznaczania 

rozkładu pola elektrycznego bazujące na rozwiązywaniu równań Maxwella są dostępne 

jedynie dla określonej grupy prostych geometrycznie anten. W pracy przedstawiono omówienie 

możliwości zastosowania przybliżenia Fresnela do wyznaczania pola elektrycznego 

w pobliżu anten mikrofalowych. Przedstawione uwarunkowania mogą być zastosowane do 

anten stacji bazowych telefonii komórkowej, jak również anten urządzeń radiolokacyjnych. 

63

64 

64 


Przedstawiono również nowe podejście do wyznaczenia kryterium Fresnela, tj. minimalnej 

odległości, powyżej której może być stosowane przybliżenie Fresnela dla danej anteny. 

Przybliżenie Fresnela 

Zależności na pole elektryczne anteny wyrażone przy pomocy przybliżenia Fresnela wygodnie 

jest wyprowadzić przy pomocy potencjałów wektorowych. Obliczenia rozkładu pola elektrycznego 

w ramach ochrony ludzi i środowiska przeprowadzone zostaną w płaszczyźnie 

przekroju pionowego, przedstawionej na rys. 1 

Rys. 1. Geometria anteny oraz płaszczyzna przekroju pionowego (ϕ=90 0 ). 

We współrzędnych sferycznych w płaszczyźnie przekroju pionowego natężenie pola elektrycznego 

określone jest przy pomocy składowych Eθ oraz Er. Wyrażenia na składowe pola 

elektrycznego dane są zależnościami: 

2 2 2 ⎤ 

( ξ + η sin θ ) 

⎡ 1 

− jk 

r 

jk 

⎢η 

cosθ 

− 

o jk e 

⎥ 

= ∫∫ 

( − ) ⎣ 2ro 

EF 

J 

⎦ 

θ K 

x ( ξ ) J x ( η) 

r η θ e 

dξ 

dη 

4π 

2 

o cos 

(2) 

ro 

Sa 

2 2 2 ( ξ + η sin θ ) 

⎡ 1 

⎤ 

− jk 

r 

jk 

⎢η 

cosθ 

− 

o jk e 

⎥ 

= − 

⎣ 2ro 

EF 

⎦ 

r K sin θ J ∫∫ x ( ξ ) J x ( η) 

η e 

dξ 

dη 

(3) 

4π 

2 

ro 

Sa 

Wypadkowa wartość natężenia pola elektrycznego wyrażonego przybliżeniem Fresnela jest 

następująca: 

gdzie: 

Antena 

x 

2 

EF = EFθ 

+ EFr 

z 

2 

θ 

r 0 

Jx(ξ), Jx(η) – gęstości powierzchniowe prądu na aperturze anteny, wyznaczone 

przy pomocy syntezy charakterystyki promieniowania anteny. 

Wartości natężenia pola elektrycznego wyrażone przy pomocy zależności (2)–(4) porównano 

z wartościami otrzymanymi metodą potencjałów wektorowych. W wyniku porównania 

otrzymanych wartości określono granice stosowalności kryterium Fresnela. Analizę porównawczą 

przeprowadzono zarówno dla kierunku osi promieniowania (θ=90 0 ) jak również dla 

kierunków listków bocznych, tj. dla promieni skierowanych w stronę ziemi. 

P 

E θ 

E r 

y 

(4)

Wstęp 


WPŁYW ŚRODOWISKA TERAPEUTYCZNEGO 

NA SKUTECZNOŚĆ TERAPII 

POLEM ELEKTROMAGNETYCZNYM 

Mira Lisiecka-Biełanowicz 1 , Andrzej Krawczyk 2 , Adam Lusawa 1 

1 Zakład Profilaktyki Zagrożeń Środowiskowych i Alergologii, 

Warszawski Uniwersytet Medyczny 

2 Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy 

Celem opracowania jest próba weryfikacji skuteczności terapii z wykorzystaniem pola 

elektromagnetycznego oraz ocena wpływu środowiska terapeutycznego (terapeuty i aparatury 

terapeutycznej) na skuteczność terapii. Innymi słowy, przeprowadzona analiza ocenia, 

czy magnetoterapia i magnetostymulacja mają naturę placebo, czy też stanowią skuteczną 

metodę terapeutyczną. Praca oparta jest na badaniach ankietowych prowadzonych 

w latach 2006-2007 w gabinetach fizykoterapeutycznych w Centralnym Instytucie Ochrony 

Pracy – Państwowym Instytucie Badawczym oraz w jednostkach podległych Centrum 

Kształcenia i Rehabilitacji Inwalidów w Warszawie. 

Charakterystyka badań 

Badania prowadzono na następującej grupie osób, uczestniczących w normalnym procesie 

terapeutycznym: 

liczba osób – 102 

płeć – kobiety 72,5%, mężczyźni 27,5% 

średni wiek – 53,19 

wykształcenie – wyższe 60,8%, średnie 34,3%, podstawowe 4,9%. 

Konstrukcję ankiety omówiono w poprzednich pracach [1]. Ankietowani byli proszeni o wypełnienie 

ankiety przed i po terapii polem elektromagnetycznym. W większości przypadków 

terapia polem elektromagnetycznym włączona była w szerszy program zabiegów fizykoterapeutycznych 

zgodnie z modelem fizjoterapii przyjętym wg modelu rehabilitacji w Polsce wg 

W. Degi [2]. 

Wyniki badań i analiza wyników 

Ze względu na to, że oceniana będzie terapia w kontekście efektu placebo, przytoczmy za literaturą 

[3] definicję tego pojęcia: 

65

66 


Placebo jest metodą użytą świadomie dla uzyskania niespecyficznego, psychologicznego lub 

psychofizjologicznego efektu terapeutycznego, albo użytą przy założeniu, że posiada specyficzne 

działanie terapeutyczne w określonym schorzeniu czy objawie chorobowym, ale w rzeczywistości 

takiego działania nie posiada. 

Ponieważ terapia polem elektromagnetycznym nie jest podbudowana jasnym i przekonywującym 

modelem teoretycznym, dlatego poszukiwanie odpowiedzi na pytanie o efekt placebo 

wydaje się być postępowaniem prawidłowym. 

Przebadano dwie relacje występujące w procesie terapeutycznym: 

1. skuteczność terapii* a ocena pracy terapeuty (współczynnik korelacji k=0,18) 

2. skuteczność terapii* a ocena jej skuteczności przez pacjenta (współczynnik korelacji 

k=0,23) 

* zmienna pod nazwą „skuteczność terapii” była wyliczona jako: „stan zdrowia po terapii” – 

„stan zdrowia przed terapią”. 

Odpowiedzi pacjentów są jak następuje: 

Rysunek 1. Prezentacja statystyczna skuteczności terapii w interakcji z oceną pracy terapeuty 

Źródło: opracowanie własne 

Rysunek 2. Prezentacja statystyczna skuteczności terapii w interakcji z oceną a posteriori skutecznością terapii 

Źródło: opracowanie własne

Wnioski 


Cząstkowe wyniki (niskie korelacje) pozwalają sformułować ostrożną hipotezę, że efekt placebo 

nie odgrywa tak istotnej roli w terapii polem elektromagnetycznym, jak to można było 

wnioskować z poprzednich analiz. Prace powinny być kontynuowane przy wprowadzeniu 

większej liczby badanych oraz przy użyciu wnikliwszych narzędzi badawczych. 

Literatura 

1) Lisiecka-Biełanowicz M., Krawczyk A., Próba weryfikacji skuteczności terapii w polu elektromagnetycznym, 

Przegląd Elektrotechniczny, Nr 12, 2007 

2) Dega W. (red), Ortopedia i Rehabilitacja, Tom I, PZWL, Warszawa, 1983 r., str. 14 

3) Shapiro A.K., Shapiro E., The Powerful Placebo : From Ancient Priest to Modern Physician. The Johns 

Hopkins University Press, 2000 

67


ZASTOSOWANIE MODELU DWUSTRONNEJ ZAMKNIĘTEJ 

PERFUZJI ZRAZIKA ŁOŻYSKA LUDZKIEGO 

W WARUNKACH IN VITRO W BADANIACH 

NAD ODDZIAŁYWANIEM PEM NA LUDZKIE TKANKI 

Maciej Łopucki 1 , Stanisław Pietruszewski 2 , Wanda Rogowska 1 

1 I Katedra i Klinika Ginekologii Onkologicznej i Ginekologii Akademii Medycznej w Lublinie 

2 

Katedra Fizyki Wydziału Inżynierii Rolniczej Akademii Rolniczej w Lublinie 

Badania nad oddziaływaniem zmiennych EMF na ludzi prowadzone są od lat 60-tych 

w licznych ośrodkach naukowych. Wyniki prac na ten temat zamieszczone są w komputerowych 

bazach danych min.: BENER-Aachen University of Technology 

(http://wbldb.femu.rwth-aachen.de/), EMF Database-BENER (http://infoventures. com/emf/ 

database/), Electic Words (http://www.electric-words.com/), WHO (http://www.who.int/pehemf), 

WHO (http://www.who.int/peh), The Associated Bio Electromagnetics 

(http://www.emfbioeffects.org/info.html#), Electric Words (http://www. electric-words.com/), 

CORDIS:RTD beyond 2002 (http://www.cordis.lu/fp6/eoi-instruments/home. html), Electrosensivity 

(http://www.feb.se/index_int.htm), EMR Network (Błąd! Nieprawidłowy odsyłacz 

typu hiperłącze.), COST281Page(http://www.cost281.org/), PubMed (Błąd! Nieprawidłowy 

odsyłacz typu hiperłącze.) i innych (m.in. Medline, MTHR Mobile lub 

SICENCE@DIRECT – Research Center for Bioelectromagnetism Interaction). 

Jednak w żadnej z nich nie ma danych (z wyjątkiem badań własnych) na temat oddziaływania 

zmiennych jednorodnych pól magnetycznych o niskiej indukcji magnetycznej o częstotliwości 

50 HZ (ZJPMoNIM) na łożysko ludzkie. 

Łożysko ludzkie jest typu krwiokosmkowego, o dwóch oddzielnych systemach unaczynienia. 

Granicę między krążeniem matczynym i płodowym stanowi błona zespólniowowłośniczkowa. 

Łączna długość sieci naczyniowej łożyska ludzkiego wynosi około 50 km, 

a jej powierzchnia około 14 m 2 , czyli jest dziesięciokrotnie większa od powierzchni ciała dorosłego 

człowieka. Przepływ krwi przez naczynia kosmków wynosi około 400–500 ml/min. 

Łożysko jest układem licznych zróżnicowanych elementów morfologicznych. Wyróżnia się 

w nim następujące struktury: powierzchnię płodową, płytę kosmkową, powierzchnię matczyną, 

płytę podstawową, zrazy, zraziki i przegrody oraz kosmki końcowe. 

Od ponad 20 lat wyniki badań własnych dotyczących oddziaływania EMF o częstotliwości 

50Hz (ZJPMoNIM) na przemiany biofizyczne, biochemiczne i morfologiczne w łożysku 

ludzkim w warunkach in vitro autorzy przedstawiali na licznych konferencjach krajowych 

i zagranicznych oraz w publikacjach (z IF), min. w Bioelectromagnetics (2004), Polish Journal 

of Environmental Studies (2004), Virchows Archiv (2005) i kolejnych przyjętych do wydania 

w 2006, 2007 i 2008 r. 

69

70 


Wyniki badań własnych dają podstawy do przypuszczenia, że zmienne jednorodne sinusoidalne 

pole magnetyczne o częstotliwości 50Hz może być egzogennym czynnikiem ksenobiotycznym 

wpływającym na zaburzenie jedności matczyno-płodowej zarówno w warunkach 

in vitro jak i również w warunkach in situ co może mieć wpływ na występowanie wielu 

patologii w rozwoju płodu i noworodka. 

Wnioski: 

1. Badania własne dają podstawy do przypuszczenia, że ZJSPMoNIM o częstotliwości 

50Hz może być jednym z czynników ksenobiotycznych mających wpływ na kobiety 

ciężarne i zwiększenie się występowania licznych patologii w ciąży. 

2. Opublikowane wyniki badań własnych dają podstawy do dalszych innych eksperymentów 

na tzw. „materiale ludzkim” np. plemników ludzkich” w warunkach in vitro.


HAKERZY KONTRA KARDIOSTYMULATORY 


Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii 

Politechnika Lubelska 

Dotychczasowe rozważania bezpiecznej pracy urządzeń elektrycznych, a w szczególności 

medycznych opierają się na badaniach przeprowadzanych pod kątem oddziaływania elektromagnetycznego 

na organizm ludzki i kompatybilnej pracy z urządzeniami elektrycznymi środowiska 

elektromagnetycznego. Niestety gwałtownie wzrastająca różnorodność i mnogość 

urządzeń medycznych i systemów wszczepianych do ludzkiego organizmu stawia trudne wyzwania 

projektantom tego typu urządzeń ze względu na zasilanie, przetwarzanie sygnałów 

i komunikowanie się z urządzeniami monitorującymi znajdującymi sie poza organizmem 

człowieka, a także ich odpornością na zaburzenia elektromagnetyczne. Na rysunku pierwszym 

przedstawiono człowieka z wszczepionymi urządzeniami, które mogą monitorować lub 

regulować naturalne czynności organizmu. 

Rys.1. Implanty w ciele człowieka 

Klasyczna komunikacja miedzy implantem (np. kardiorstymulatorem) a urządzeniem kontrolującym 

odbywa sie za pomocą systemów krótkiego zasięgu (175 kHz) opartych na sprzężeniu 

magnetycznym pomiędzy cewkami (przepustowość 50 Kbits /s). Ten system niestety posiada 

niewielki zasięg (8-10 cm) i jest podatny na błędy transferu danych. Ta sytuacja zmienia 

sie wraz z rozporządzeniem ITU-T, które zaleca podzielić pasmo 402 ÷ 405 MHz dla systemu 

komunikacyjnego obsługującego implanty MICS (ang. Medical Implant Communications Se- 

71

72 


rvice). Przepustowość tego systemu wynosi 250 Kb/s, a zasięg wzrasta do kilku metrów. Zalecenie 

zostało wprowadzone w USA przez FCC (ang. Federal Communications Commission) 

i w Europie przez ETSI (ang. European Telecommunications Standards Institute) 

[1,3,5]. 

Ważna zatem jest kompatybilność systemu komunikacji urządzeń miedzy sobą i z innymi 

systemami, tak aby nie były one zakłócane np. przez zewnętrzne pola elektromagnetyczne. 

Problem jest istotny, co ma wymiar w prowadzonych badaniach naukowych m.in. wpływu 

pól EM pochodzącego od telefonów komórkowych na wybrane typy kardiostymulatorów 

(szczegółowo przedstawiony w pozycji [2]). 

Rys. 2. Najnowsza technologia przesyłu danych kardiologicznych, stymulator – komputer lekarza 

Jak się jednak okazuje, nie tylko oddziaływanie istniejących źródeł pola EM jest rozpatrywane 

w analizie pracy implantów. Istniejący system komunikacji może być w dzisiejszych 

czasach podatny na internetowe włamania. Grupa badaczy z Uniwersytetu w Waszyngtonie i 

Massachusetts [5,6] wykazała, że jest w stanie uzyskać bezprzewodowy dostęp do implantów 

i urządzeń elektronicznych typu rozrusznik serca, które od kilkudziesięciu lat są z powodzeniem 

wszczepiane pacjentom. 

Efektem udanego ataku hakera jest uzyskanie dostępu do zaatakowanego rozrusznika. 

Przekłada się to na możliwość dowolnego przeprogramowania (np. zwiększenia mocy impulsu) 

lub, co wydaje się horrorem, po prostu wyłączenia. Ale to nie jedyny z możliwych ataków. 

Okazuje się bowiem, że można także wykradać prywatne dane pacjenta, gdyż niektóre z 

rozruszników oprócz swojej podstawowej funkcji – wspomagania serca, zbierają także informacje 

o stanie zdrowia pacjenta aby ułatwić lekarzom analizę historii choroby. 

Atak na rozruszniki serca jest możliwy, ponieważ większość tego typu urządzeń z racji swojej 

natury, posiada interfejs radiowy. To pozwala lekarzom na odczyt danych z pamięci rozrusznika 

bez konieczności przeprowadzania operacji chirurgicznej. Obecnie coraz więcej implantów 

jest wyposażanych w funkcję łączenia się z internetem, co w zamyśle ma pozwolić lekarzom 

na zdalny monitoring pacjentów. 

Niedawne publikacje serwisu Zone-H [4] ukazujących statystyki ataków na serwery internetowe 

z uwzględnieniem platform na których działały zwielokrotniają obawy dotyczące 

bezpieczeństwa. W początkach działalności tego serwisu (kilka lat temu) notowano 2500 ataków 

miesięcznie, w roku ubiegłym liczba ta wzrosła do 37 915. Na szczęście liczba włamań 

nie rośnie równomiernie, a do tego jest uzależniona od platform serwerowych – co w przypadku 

specjalistycznych urządzeń medycznych podnosi ich bezpieczeństwo.


Niniejszy artykuł jest formą zwrócenia uwagi na konieczność prowadzenia równoległych 

badań zabezpieczeń implantów zarówno nad zewnętrznymi źródłami pól elektromagnetycznych 

jak i poprawą bezpieczeństwa systemów komunikacji (transferu danych – implant-komputer). 

Literatura 

[1] Sivard A., Bradley P., Chadwick P., Higgins H., „Challenges of in-body communications”, Embedded Systems 

Europe, March 2005, ss. 34 – 37. 

[2] Krawczyk A., Pławiak-Mowna A., „Wpływ pola elektromagnetycznego na implanty kardiologiczne – dane 

literaturowe”, Bioelektromagnetyzm, pod redakcja A. Krawczyka, Warszawa, VI 2002, s. 143 – 161. 

[3] H. Savci et al., “MICS Transceivers: Regulatory Standards and Applications [Medical Implant Communications 

Service],” Proc. IEEE SoutheastCon 2005, IEEE Press, 2005, s. 179–182. 

[4] M. Almeida, Statistics report 2005-2007, http://www.zone-h.org/content/view/14928/30/. 

[5] D. Halperin, Th. S. Heydt-Benjamin, K. Fu, T. Kohno, W.H. Maisel, Security and Privacy for Implantable 

Medical Devices, Vol. 7, No. 1, January–March 2008, Published by the IEEE CS. 

[6] D. Halperin, Th. S. Heydt-Benjamin, B. Ransford, S.S. Clark, B. Defend, W. Morgan, K. Fu, T. Kohno, 

W.H. Maisel, Pacemakers and Implantable Cardiac Defibrillators: Software Radio Attacks and Zero-Power 

Defenses, 2008 IEEE Symposium on Security and Privacy. 

73


TEORIA SKALOWANIA W ELEKTROMAGNETYZMIE 


Instytut Elektroenergetyki, Politechnika Czestochowska 

Teoria skalowania jest narzędziem wywodzącym się z teorii zjawisk krytycznych 

i przejść fazowych. Przejścia fazowe to procesy, w których następuje skokowa zmiana 

fizycznych właściwości substancji. Procesy te zachodzą w otoczeniu punktu krytycznego 

i opisane są zależnościami w postaci praw potęgowych z wykładnikami krytycznymi [1-5]. 

Zastosowanie teorii skalowania pozwala określić prawa skalowania, opisujące relacje 

pomiędzy wykładnikami krytycznymi oraz uzyskać kolaps danych, czyli sprowadzić dane 

dotyczące jednego, bądź wielu układów do pojedynczej, uniwersalnej charakterystyki [5]. 

Zastosowanie teorii skalowania w analizie przejść fazowych dla układów magnetycznych 

umożliwia określenie relacji pomiędzy wykładnikami krytycznymi α, α’, β, γ, γ’, δ w postaci 

następujących praw skalowania 

( 1) 

α = α', γ = γ', α' + 2β + γ' = 2, 

γ' = β δ − . (1) 

Zależności (1) są również prawdziwe dla innych układów fizycznych, a zatem mają 

uniwersalny charakter [2-5]. Wykorzystanie teorii skalowania w opisie magnetyzacji 

ferromagnetyka pozwala sprowadzić rodzinę charakterystyk M = M(ε, H) do pojedynczej 

uniwersalnej charakterystyki, w wyniku wprowadzenia wyskalowanch zmiennych MH oraz εH 

w postaci 

M 

ε 

M H = ( p b) 

, ε /b H = , (2) 

− a/b 

H 

H 

gdzie ε – temperatura zredukowana, H – natężenie pola magnetycznego, a, b, p – 

wykładniki skalowania. Uzyskuje się w ten sposób tzw. kolaps danych [4,5]. 

Teoria skalowania znalazła również zastosowanie w opisie zjawisk krytycznych nie 

związanych z przejściami fazowymi, np. w procesach samoorganizującej się krytyczności 

(ang. self-organized criticality). Teoria ta jest z powodzeniem wykorzystywana w biologii, 

ekologii, ekonomii, ekonofizyce. W pracy przedstawiono dwa przykłady jej zastosowania 

w elektromagnetyzmie: w analizie szumu Barkhausena oraz w zaproponowanym przez autora 

pracy opisie strat energii w materiałach magnetycznie miękkich. 

Szum Barkhausena jest przedmiotem badań wielu ośrodków naukowych. Bertotti, Durin 

i Magni [6,7] zaproponowali jego analizę z wykorzystaniem stochastycznego modelu 

opartego o dynamikę ściany domenowej. Otrzymali, że właściwości szumu Barkhausena 

mogą być opisane za pomocą funkcji rozkładu prawdopodobieństwa prędkości ściany 

domenowej v, rozmiaru ∆x oraz czasu trwania ∆u skoków Barkhausena w postaci 

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) δ 

β 

α − 

v = v , P ∆x = ∆x , P ∆u ∆u 

P = 

, (3) 

75

76 


w których wykładniki skalowania α, β, δ związane są następującymi relacjami 

α = 1 − c, β = 3 2 − c 2 , δ = 2 − c , (4) 

gdzie c – bezwymiarowy parametr modelu [6,7]. 

W oparciu o prace dotyczące skalowania w szumie Barkhausena założono, że możliwe 

jest wykorzystanie teorii skalowania w opisie strat energii w materiałach magnetycznie 

miękkich. W rozważaniach przyjęto, że straty energii zależą jedynie od częstotliwości pola 

magnesującego próbkę oraz indukcji maksymalnej Ptot = (f, Bm) [8-10]. Stosując procedurę 

skalowania Widoma otrzymano fenomenologicznym model strat energii w postaci 

2 

⎛ 

⎞ 

β ⎜ () 1 f ( 2) 

⎛ f ⎞ 

P ≈ Γ + Γ ⎟ 

⎜ 

⎜ 

⎟ 

tot Bm 

, (5) 

−α 

−α 

B 

⎟ 

m ⎝ 

⎝ Bm 

⎠ ⎠ 

gdzie α, β – wykładniki skalowania, Γ (1) , Γ (2) – amplitudy. Wartości α, β, Γ (1) , Γ (2) zostały 

wyestymowane z pomiarów całkowitych strat energii, wykonanych dla próbek z różnych 

materiałów magnetycznie miękkich. W oparciu o uzyskane wyniki estymacji określono 

relację pomiędzy wykładnikami skalowania w postaci β = 1.35α + 1.75, co przedstawiono na 

rysunku 1. Przekształcając wyrażenie (5) do postaci bezwymiarowej 

( 2) 

Γ 

() 1 ( Γ ) 

( 2) 

Γ f 

, f = 

β scal () −α 

2 

Ptot 

Pscal = fscal 

+ fscal, 

gdzie Pscal 

= 

, (6) 

2 

1 

B 

Γ B 

otrzymano kolaps danych dla całkowitych strat energii w materiałach magnetycznie 

miękkich, co przedstawiono na rysunku 2. 

Uzyskane rezultaty potwierdzają słuszność założenia o skalowaniu całkowitych strat 

energii w materiałach magnetycznie miękkich 

Wykładnik skalowania β [-] 

2 

1 

0 

-1 

-2 

blacha NO 3% Si-Fe 

blacha GO 3% Si-Fe 

Fe 78 Si 13 B 9 

Co 71.5 Fe 2.5 Mn 2 Mo 1 Si 9 B 14 (próbka I) 

Co 71.5 Fe 2.5 Mn 2 Mo 1 Si 9 B 14 (próbka II) 

Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 15.5 B 7 

Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 13.5 B 9 

stop 50% Ni-Fe (permaloj) 



β = 1.35α + 1.75 

-2.8 -2.4 -2.0 -1.6 -1.2 -0.8 -0.4 

Wykładnik skalowania α [-] 

Rys. 1. Relacja pomiędzy wykładnikami α i β [8] 

Literatura 

Wyskalowane straty energii P scal [-] 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

m 

blacha NO 3% Si-Fe 

blacha GO 3% Si-Fe 

Fe 78 Si 13 B 9 

Co 71.5 Fe 2.5 Mn 2 Mo 1 Si 9 B 14 (próbka I) 

Co 71.5 Fe 2.5 Mn 2 Mo 1 Si 9 B 14 (próbka II) 

Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 15.5 B 7 

Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 13.5 B 9 




krzywa kolapsu danych 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 

Wyskalowana częstotliwość f scal [-] 

Rys. 2. Kolaps danych dla całkowitych start energii 

w materiałach magnetycznie miękkich [8] 

1. Widom B., Equation of state in the neighborhood of the critical point, J. Chem. Phys., vol. 43 (1965), 

3898-3905 

2. Klamut J., Durczewski K., Sznajd J., Wstęp do fizyki przejść fazowych, Wydawnictwo Polskiej Akademii 

Nauk, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław, 1979 

m


3. Gonczarek R., Teoria przejść fazowych. Wybrane zagadnienia, Oficyna Wydawnicza Politechniki 

Wrocławskiej, Wrocław, 2004 

4. Stanley H.E., Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena, Clarendon Press, Oxford, 1971 

5. Stanley H.E., Scaling, universality and renormalization: three pillars of modern critical phenomena, 

Rev. Mod. Phys., vol. 71 (1999), S358-S366 

6. Bertotti G., Durin G., Magni A., Scaling aspects of domain wall dynamics and Barkhausen effect in 

ferromagnetic materials, J. Appl. Phys., vol. 75 (1994), 5490-5492 

7. Durin G., Magni A., Bertotti G., Fractal properties of the Barkhausen effect, J. Magn. Magn. Mater., vol. 

140-144 (1995), 1835-1836 

8. Najgebauer M., Funkcja skalowania w opisie start energii w materiałach magnetycznie miękkich, Rozprawa 

doktorska, Wydział Elektryczny, Politechnika Czestochowska, 2007 

9. Sokalski K., Szczygłowski J., Najgebauer M., Wilczynski W., Thermodynamical scaling of eddy current 

losses in magnetic materials, Proceedings of the 12th IGTE Symposium, 2006, 83-86 

10. Sokalski K., Szczygłowski J., Najgebauer M., Wilczynski W., Losses scaling in soft magnetic materials, 

COMPEL, vol. 26 (2007), 640-649 

77


APPLICATION OF ALTERNATING MAGNETIC FIELDS 

FOR TECHNICAL DIAGNOSTICS 

OF THE RAIL DAMAGES 

Vitalij Nichoga 1, 2 , Eugeniusz Grudziński 3 , 

Petro Dub 1 , Viktor Ivanchuk 2 

1 Physico-Mechanical Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, Ukraine 

2 

Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine 

3 

Wrocław University of Technology, Wrocław, Poland 

One of the most important contemporary problems is the problem of diagnostics of the 

technical state of engineering objects of long-term exploitation, for example, such as rails. 

Electromagnetic methods, which are based on determination of the characteristics of the 

electromagnetic fields radiated by inspected objects when alternating electrical currents flow 

in them, are widely used in engineering practice. 

Changes of the spatial structure of the external electromagnetic field of the inspected rail, 

and also the quantitative estimation of its intensity and other characteristics can give useful 

information about presence of cracks and other damages in mentioned above technical 

objects. 

Brief analysis of the most widely used modern methods of rail diagnostics are given in 

the report. It is shown that now the most popular magnetic methods of the rail damages 

detection are the following ones: method of metal magnetic memory (MMM) [1, 2], 

magnetodynamic method [3], and alternating current field measurement (ACFM) [4, 5] 

The metal magnetic memory method is based on registration and analysis of the proper 

magnetic leakage fields on the object surface with the aim to determine areas of stress 

concentration, defects, structure heterogeneity of metals and welded joints. 

The MMM method can be used for rail diagnostics both in manual and automatic modes 

[2]. 

The magnetodynamic (high-speed) method occupies now very important place among the 

rail diagnostics methods. That method is used in non-destructive testing carriages that are 

operated on the Ukrainian railways. The essence of the method consists in the following [3]: 

the current is sent from the direct current source to two electromagnets situated above both 

parallel rails of a track. That system creates electromagnetic excitation of rails. During the 

carriage movement the magnetic flux created by the excitation source is introduced into the 

rail and structural heterogeneities (track elements, rail joints, defects) cause changes in the 

magnetic field distribution above the rail and so induce alternating electromotive force in the 

induction sensor which signals can be seen on a display as voltage dependency upon distance. 

79

80 


The ACFM method [4] has been mainly elaborated by British company TSC Inspection 

Systems [5]. In this method special probe induces electrical current into the inspected material 

that, in its turn, creates the magnetic field, which homogeneity is distorted in the areas near 

defects. Micro sensors in the mentioned probe give possibility to detect such defects. For 

example, information about the crack length can be obtained using the vertical component of 

the measured magnetic field and information about the crack depth – by horizontal one. 

Special algorithms have been elaborated to obtain such information from the sensors signals. 

All these methods are developed by the authors of the report. Besides the mentioned 

methods, application of automatic locomotive signalling currents [6, 7] or alternating lowfrequency 

currents, induced into the rail by the special inductors, has been proposed in the 

Physico-Mechanical Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine for track rail 

diagnostics. 

The obtained signals from the sensors must be processed to extract the needed 

information about damages. Such methods as, for example, method of the periodically 

correlated stochastic signals [8, 9], Fourier and wavelet transformation [10] can be applied. 

Peculiarities of using such methods are discussed in the report. 

In the report some results of investigations devoted to creating methods and facilities for 

technical diagnostics of rails are presented. The elaborated information-measuring systems, 

calculation devices and receiving sensors are described. 

References 

1. www.energodiagnostyka.ru 

2. Lesiak P. Diagnostyka uszkodzeń szyn kolejovych y wykorzystaniem metody magnetyczniej pamięci 

metalu, Politechnika Radomska, Instytut automatyki i telematyki transportu, Radom, 2006. – 21 s. 

3. Неразрушающий контроль рельсов при их эксплуатации и ремонте / А.К.Гурвич, Б.П.Довнар, 

В.Б.Козлов и др. Под ред. канд. техн. наук А. К. Гурвича. – Москва: Транспорт, 1983. – 318 с. 

4. http://www.iic-hq.co.jp 

5. http://www.tcsinspectionsystems.com 

6. Nichoga V., Dub P. On a Possibility of Electromagnetic Diagnostics of Rail Joints by Usage of Automatic 

Locomotive Signalling Currents // Proceedings of International Conference on Modern Problems of 

Telecommunications, Computer Science and Engineers Training (TCSET'2000), pp. 179-180, Lviv- 

Slavsko, Ukraine, February 14-19, 2000. 

7. Нічога В.О., Дуб П.Б. Аналіз можливості виявлення поверхневого дефекту рейки за аномалією 

магнітного поля струму // Відбір і обробка інформації. – 2005, Вип.22(98). – С. 11-16. 

8. Ісаєв І.Ю., Нічога В.О., Трохим Г.Р., Яворський І.М. Використання методів теорії періодично 

корельованих процесів для виявлення дефектів залізничної колії на ранній стадії їх зародження 

//Інфоромаційно-керуючі системи на залізничному транспорті, №4,5 (37) 2002.-С.110-113. 

9. I. Javorskij, I. Isayev, V. Nichoga, G. Trokhym, E. Grudziński Statistical Analysis of Rail Electromagnetic 

Testing Signals // Diagnostyka, Poland. – Vol. 30, Tom.1. 2004. – P. 217-220. 

10. Hamid A. Toliyat, Karim Abbaszadeh, Mina M. Rahimian, Leslie E. Olson Rail Defect Diagnosis Using 

Wavelet Packet Decomposition, IEEE Transaction on Industry Applications, Vol. 39, No 5, 

September/October 2003.


CZY ŚWIAT REALNY JEST POZNAWALNY? 


01-493 Warszawa ul. Dynarska 3 m.3 

Fragment tekstu pieśni estradowej. Jest to odwieczne pytanie, nad którego odpowiedzią 

trudzą się uczeni, elity intelektualne świata, formułując szereg śmiałych hipotez i korzystając 

z osiągnięć nauki. Zatem świat możliwy do poznania jest procesem historycznym 

w wyniku, którego poznajemy prawdy aktualne z perspektywy przeszłości. Zgromadzona 

wiedza stanowi podstawę do uogólnionych sformułowań i nowych hipotez badawczych. Możemy 

więc stwierdzić, że świat jest możliwy do poznania w sensie istnienia ciągu poznań, gdy 

prawdy o nim stanowią sekwencję tych poznań. 

Przyjmujemy, że świat realny to cały wszechświat, bądź dowolna jego część. 

W szczególności może być to układ słoneczny lub planeta Ziemia. Tak określony świat realny 

jest poznawalny: 

• gdy poznajemy odwieczne prawa, które nim rządzą, 

• gdy potrafimy przewidywać jego ewolucję i rozwój, 

Problemy poznawalności świata realnego maja długą historię. Zajmowali się nimi już starożytni 

filozofowie greccy. Dwa krańcowe przypadki światów poznawalnych to: 

1. Świat „atomów” wyobrażalnych jako sztywne, nieruchome ciała materialne. Czołowym 

przedstawicielem tego kierunku był Demokryt. Taki model ciała jest poznawalny 

jako w pełni deterministyczny. Świat „zamarzł” i się nie zmienia. 

2. Świat płynącego potoku „panta rei” jest realny jako świat indeterministyczny. Nie 

można dwukrotnie wstąpić do tego samego potoku. Heraklit był czołowym przedstawicielem 

tego kierunku. 

Do innych czołowych filozofów greckich tworzących układy ciał poznawalnych i niepoznawalnych 

należy zaliczyć Platona, twórcę koncepcji deterministycznych w postaci niezmiennych 

idei, których realizacje są obiektami materialnymi (światy realne). Układ deterministyczny 

Laplace określił jako możliwość wyznaczenia stanu całego układu na podstawie jego 

części. 

Tak więc starożytność stworzyła fundamenty traktowania świata obiektów poznawalnych 

i niepoznawalnych. 

Na podstawie przytoczonych przykładów światów (układów) poznawalnych i niepoznawalnych, 

świat zmienia się w obydwu kierunkach, tj. rozpoznawalności i nierozpoznawalności, 

z przewagą układów poznawalnych. 

Średniowiecze charakteryzuje się stosunkowo wąskim zakresem poznawalności świata 

realnego. Badania ograniczają się do kwestii religijnych o wysokim poziomie abstrakcji. 

Z osiągnięć filozofii greckiej korzystał Platon (idee) oraz Arystoteles (metody logiki). 

Renesans stanowi nową epokę w metodach poznawania otaczającego świata. Przyczyniają 

się do tego badania: M. Kopernika, D. Brunona, G. Galileusza. Są to badania determini- 

81

82 


styczne. Osobne miejsce w rozwoju metodologii badań z zakresu teorii poznania zajmuje 

Kartezjusz. Twierdził on, że całą wiedzę o układach materialnych można uzyskać korzystając 

z zasady naczelnej. Wyraził on to w słynnym paradygmacie „cogito ergo sum” (myślę, więc 

jestem). W ten sposób nasza jaźń stanowi podmiot poznania. 

Istotnym osiągnięciem w poznawalności świata realnego stanowi rozwój metod matematyki 

stosowanej. Spowodowały one znaczący rozwój deterministycznych teorii świata. 

Można je podzielić na dwie grupy: 

1. Wieczne prawa, np. teoria powszechnego ciążenia, 

2. Prawa ewolucji procesów: dynamika newtonowska, teoria elektromagnetyzmu, 

teoria Darwina, termodynamika i prawo wzrostu entropii, 

Przełomowe znaczenie dla rozwoju nauki o bycie materialnym ma dynamika Newtona. Dominuje 

ona niepodzielnie ponad 300 lat, tj. do pojawienia się Teorii Względności A. Einsteina. 

Wymienione wyżej teorie są deterministyczne. Teraz już rzeka Heraklita płynie inaczej. 

Włączona dynamika powoduje, że czas ma wartość fizyczną, a nie formalną. 

Dynamika ma również tę właściwość, że jest niezmiennicza przy odwróceniu strzałki 

czasu. Determinizm oparty na filarach teorii Newtona i Einsteina wyznaje wszechmoc ludzkiego 

rozumu, zaś indeterminizm ma naturę subiektywną opartą na naszej przejściowej niewiedzy. 

Koniec wieku XIX i początek XX, zachwiał podstawami tego deterministycznego 

poglądu. Spowodowały to: rozwój termodynamiki, fizyki statystyczne i mechaniki kwantowej. 

Wynikały z nich stwierdzenia: 

• W przyrodzie występują powszechnie procesy nieodwracalne, tj. takie, które po odwróceniu 

strzałki czasu nie osiągają stanu pierwotnego i mają szansę realizacji tylko w 

kierunku upływu czasu wyznaczającego przyszłość, 

• Przebieg ich nie jest do końca zdeterminowany; w miejsce prawdy o zdarzeniach występuje 

więc ich prawdopodobieństwo, 

Zderzyły się tu dwa przeciwstawne poglądy i pojawiły się dwie przeciwstawne postawy: 

• Zaakceptować ten dwoisty opis świata zdarzeń, jako właściwy naturze bytu materialnego, 

• Traktować opis niedeterministyczny jako przejściowy, wynikający z naszej niewiedzy. 

Rozgorzała walka dwóch światopoglądów wg dwóch filozofii: 

• filozofii bytu, 

• filozofii stawania się, 

Einstein i inni nie pogodzili się nigdy z poglądem dualistycznym – „Bóg nie gra z nami 

w kości”. Trwają nadal permanentne wysiłki zmierzające ku zrozumieniu istoty tego 

dualizmu. 

W jakim zakresie losy świata są zdeterminowane, a w jakim tylko przewidywalne? 

W 1865 r. Clausius wprowadził pojęcie entropii jako miary degradacji energii użytecznej. 

Boltzmann nadał jej interpretację miary nieporządku lub miary indeterminizmu. Zjawiska 

zderzeń prowadzą do wzrostu indeterminizmu i nieodwracalności. Trudno bowiem odwrócić 

w czasie proces zderzeń molekuł. Podstawowy problem jaki podjęto to: Ustalenie relacji 

pomiędzy odwracalnością mechaniki ruchu molekuł oraz zderzeniową, makroskopową 

teorią procesów nieodwracalnych. Chodzi tu o próbę pogodzenia dwóch światopoglądów. 

Czy to jest możliwe? Proces ten trwa ciągle. 

Nauka pozostaje nadal w stanie „rozdarcia” pomiędzy: 

• Deterministycznym i losowym traktowaniem opisu przyrody, 

• Odwracalnością procesów dynamiki Newtona na poziomie molekularnym, a nieodwracalnością 

opisu makroskopowego,


Dramatyczna próbę przerzucenia pomostu pomiędzy przepaścią nad mikro i makro światami 

podjął Boltzmann. Zrezygnował z pojęcia trajektorii na rzecz prawdopodobieństwa rozkładu 

prędkości cząstek (1872). 

Ewolucja rozkładu cząstek = ruch swobodny + zderzenia. 

Występuje tu symetria zderzeń ku przyszłości i przeszłości. 

Inne podejście Einsteina i Gibssa polegające na zastosowaniu gęstości trajektorii, też 

nie pozwoliło uzyskać termodynamiki z dynamiki newtonowskiej. Wynika stąd wniosek, że 

zjawisko nieodwracalności nie jest uniwersalne i nie da się go wydedukować z ogólnych praw 

fizyki. 

Czasy najnowsze 

Pod koniec XX wieku powstało wiele teorii nieliniowych, zawierających niestabilności. 

Najważniejsze z nich to: 

1. niestabilności zwykłe i strukturalne układów nieliniowych, 

2. bifurkacje, 

3. termodynamika procesów dalekich od stanu równowagi, 

4. chaos deterministyczny, 

5. samoorganizacje, 

6. fraktale, 

Te nowe narzędzia badawcze w rzeczywistości spowodowały powrót do badań pluralistycznej 

natury opisu świata. Nieliniowe sprzężenia zwrotne określały „osobowość układów” i nieprzewidywalność 

wyników. Kapryśne zachowanie się trajektorii układów dynamicznych, to 

nowy przejaw indeterminizmu. Nie są one typu chaosu zderzeniowego, lecz wynikają z właściwości 

rozkładu trajektorii cząstek. Układy nieliniowe z bifurkacjami mogą generować tzw. 

„triady życia”. 

Narodziny ⇒ rozwój ⇒ zanik. 

Doniosłą rolę odgrywają również fluktuacje. Mogą one generować samoorganizacje układów. 

Wszystkie wymienione nowoczesne składniki teorii nieliniowych, stanowią podstawę nowego 

spojrzenia na problem pluralizmu światopoglądowego. Autonomia lub „osobowość” nieliniowa, 

to zbliżenie do koncepcji ewolucji darwinowskiej. Jest tu miejsce na nieprzewidywalność 

wywołaną czynnikami wewnętrznymi w opisie ruchu mikrociał. Losowość nabiera wewnętrznych 

cech strukturalnych. Nawet przy najdokładniejszych warunkach początkowych, 

układ je po czasie „zignoruje”, generując własny indeterminizm niezderzeniowy. 

Odpowiedź na pytanie o relację mechaniki deterministycznej i losowej termodynamiki 

jest znacznie trudniejsza. Zawiodły wysiłki Boltzmanna, Einsteina i Gibssa. Interesującą 

koncepcję przedstawił I. Prigogin. Zamiast rozkładu trajektorii wprowadził dwa symetryczne 

w czasie łańcuchy Markowa. Nie wyróżniamy żadnego z nich. Niech łańcuch Markowa 

trafia na punkt bifurkacji. W punkcie tym zadajemy warunki początkowe. Aby były to 

warunki początkowe dla procesu „wstecz”, powinna istnieć nieskończona bariera entropii. 

Jest to warunek fizycznie nierealizowalny, a więc łańcuch „wstecz” jest nieobserwowalny. 

Działa tu prawo wyboru lub prawo zakazu. Zilustrujemy to przykładem z propagacji fal. Po 

wrzuceniu kamienia do nieograniczonego zbiornika wody, na powierzchni zacznie się rozprzestrzeniać 

fala kolista w kierunku od punktu upadku kamienia do nieskończoności. Nie 

obserwujemy tu sytuacji, gdy fala z nieskończoności zmierza w kierunku punktu upadku 

kamienia. Sytuacja ta jest nieobserwowalna. Z dwóch możliwości, rzeczywistość wybiera 

proces rozprzestrzeniania. 

83

Konkluzja 

84 


Analizując rozwój nauki obserwujemy jak pod koniec XX wieku zawodzą nadal usiłowania 

na budowę gmachu uniwersalnej wiedzy o otaczającym nas świecie. Pomimo wielu wysiłków 

żyjemy nadal w świecie pluralizmu światopoglądów, w którym determinizm nie jest przypadkiem 

szczególnym losowości, ani też odwrotnie, oraz nieodwracalności nie udaje się wydedukować 

z odwracalności dynamiki newtonowskiej. Żyjemy nadal w epoce, w której współistnieją 

filozofia bytu praw odwiecznych z filozofia stawania się, według której świat materialny 

przejawia wewnętrzną aktywność tworzenia nowych bytów. Zatem nie jesteśmy 

w stanie rozstrzygnąć, czy świat istnieje według niezmiennych praw, czy dryfujemy 

w nieznaną przyszłość? 

Warszawa, luty 2008 r. Prof. dr hab. Czesław Rymarz


WPŁYW MONTAŻU URZĄDZEŃ RADIOWYCH 

I RADIOLOKACYJNYCH NA MAŁYCH JEDNOSTKACH 

PŁYWAJĄCYCH NA EKSPOZYCJĘ PRACOWNIKÓW 

NA POLA ELEKTROMAGNETYCZNE 

Jaromir Sobiech, Roman Puta, Jarosław Kieliszek 

Wojskowy Instytut Higieny i Epidemiologii, 

Warszawa 

Abstrakt 

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów promieniowania elektromagnetycznego wytwarzanego przez urządzenia radiowe 

i radiolokacyjne na wybranych jednostkach pływających, takich jak motorówki morskie, sondażówki, małe holowniki, pchacze, 

refulery i pogłębiarki. Przedstawiono wyniki oceny ekspozycji pracowników na promieniowanie elektromagnetyczne. 

Podano przykłady nieprawidłowego rozmieszczenia i montażu nadajników, przewodów antenowych oraz anten tych urządzeń 

prowadzące do pogorszenia warunków bhp w polach elektromagnetycznych. 

I. Wprowadzenie 

Nieodłącznym elementem wyposażenia współczesnych jednostek pływających są środki łączności 

bezprzewodowej zakresu HF i VHF oraz urządzenia radiolokacyjne. Obecność urządzeń 

radiowych na pokładzie wynika z potrzeby zapewnienia kontaktu z innymi jednostkami pływającymi, 

służbami w portach i kapitanatach oraz służbami ratowniczymi. Radary montowane 

są przeważnie na jednostkach posiadających własny napęd i zapewniają możliwość obserwacji 

innych obiektów nawodnych oraz elementów brzegowych ułatwiając nawigację i manewrowanie. 

Dodatkowo na pokładzie jednostki, zależnie od jej przeznaczenia, mogą znajdować się inne 

urządzenia nadawcze i odbiorcze, takie jak odbiorniki systemów hiperbolicznych, odbiorniki 

GPS, odbiorniki nasłuchowe HF i VHF, stacje okrętowe do łączności satelitarnej, czy urządzenia 

GMDSS. 

Większość tych urządzeń znajduje swoje miejsce w sterówce, a ich anteny rozmieszczone są 

w różnych częściach statku. Rozmiary oraz ilość wykorzystywanych anten wykluczają montaż 

ich wszystkich na maszcie jednostki z daleka od pracowników. Dotyczy to również anten 

nadawczych urządzeń łączności oraz radaru. W niektórych przypadkach anteny te mocuje się 

bezpośrednio do relingu na pomostach nawigacyjnych i namiarowych lub do dachu sterówki. 

Takie umieszczenie źródeł pola elektromagnetycznego powoduje, że pracownicy niejednokrotnie 

przebywają w zasięgu stref ochronnych bezpieczeństwa i higieny pracy w polach 

elektromagnetycznych a w pobliżu anteny radaru promieniowanie elektromagnetyczne może 

przekraczać dopuszczalne wartości natężenia pola elektrycznego w impulsie. Dodatkowo 

85

86 


w sąsiedztwie anten nadawczych znajduje się duża ilość metalowych elementów konstrukcji 

statku, które mogą być wtórnymi źródłami pola elektromagnetycznego, w otoczeniu masy 

urządzeń nadawczych obserwuje się pole elektromagnetyczne o wartościach stref ochronnych, 

wreszcie umieszczenie blisko siebie anten urządzeń pracujących w zbliżonych zakresach 

częstotliwości może powodować pojawienie się pola elektromagnetycznego o wartościach 

stref ochronnych w otoczeniu masy urządzenia pracującego w trybie odbioru w czasie 

nadawania pozostałych urządzeń z tego zakresu częstotliwości. 

II. Flota i urządzenia 

Przedmiotem pomiarów było promieniowanie elektromagnetyczne wytwarzane przez radary 

morskie, radiotelefony stacjonarne zakresu VHF oraz radiotelefony ręczne zainstalowanie na 

motorówkach i sondażówkach morskich, holownikach i holownikach-pchaczach, szalandach 

motorowych oraz niektórych jednostkach bez napędu, takich jak pogłębiarki czerpakowe, 

pogłębiarki chwytakowe oraz refulery. Jednostki z napędem były wyposażone w radar i środki 

łączności, natomiast jednostki bez napędu nie posiadały radaru, wyposażone były w zamian 

w większą liczbę radiotelefonów stacjonarnych oraz ręcznych. 

Wymienione jednostki były wyposażone w radary morskie koden MD 3400, koden MD 3404, 

koden MD 3640, koden MD 3641, furuno 1832, furuno 1932 Mark-2, JRC JMA2254, 

SRN 300 oraz stacje nawigacyjne simrad CX44. Wszystkie wymienione urządzenia są radarami 

impulsowymi pracującymi w paśmie X z mocą od 2 do 6 kW w impulsie o zasięgu do 

64 mil morskich, czasie trwania impulsów od 80 do 1200 ns oraz częstości powtarzania impulsów 

od 600 do 2100 Hz. Wykorzystywano radiotelefony stacjonarne debeg 6448, sailor 

RT2048, sailor RT4822, sailor A1 VHF, ICS DSC3 VHF3, pracujące w paśmie ok. 

151-164 MHz z mocą do 25 W. Oprócz radiotelefonów stacjonarnych załogi jednostek były 

wyposażone w radiotelefony ręczne. Należały do nich między innymi: icom IC-M1EURO V, 

icom IC-M71, icom IC-GM1500E oraz motorola MP-100. Radiotelefony te umożliwiają korespondencję 

w zakresie częstotliwości ok. 156 - 162 MHz z mocą do 6 W. 

III. Metodyka pomiarów 

Pomiary przeprowadzono zgodnie z metodyką PN-T-06580-3: 2002 uwzględniając zakres 

częstotliwości pracy urządzeń, moc nadajników oraz warianty ich pracy. Sprawdzono, czy 

w badanym zakresie częstotliwości nie występują inne źródła pól elektromagnetycznych mogące 

wpłynąć na wynik pomiarów. Pomiary wykonano do wysokości 2,0 m nad poziomem 

pokładów. Za wynik pomiaru przyjmowano każdorazowo maksymalne odczyty poziomu pól 

elektromagnetycznych w pionach pomiarowych. 

IV. Strefy ochronne na pokładach jednostek 

Na wielu jednostkach antena radaru znajduje na wysokości ok. 1 m nad dachem sterówki, jak 

to ma miejsce w przypadku motorówek i sondażówek lub jest przymocowana do relingu pomostu 

nawigacyjnego, jak w przypadku szaland motorowych. Na pokładach tych jednostek 

w pobliżu anteny radaru występuje pole elektromagnetyczne o wartości skutecznej natężenia 

pola elektrycznego ok. 15 V/m, jednocześnie stwierdzono przekroczenia dopuszczalnej wartości 

natężenia pola elektrycznego w impulsie.


Anteny radiotelefonów znajdują się na maszcie lub montowane są do relingów pomostów 

nawigacyjnych i namiarowych. W pierwszym przypadku w czasie pracy radiotelefonów 

w trybie nadawania stwierdzono występowanie pola elektromagnetycznego o wartościach 

stref ochronnych pod odciągami masztów. W drugim przypadku, w odległości do ok. 1 m od 

anteny występuje pole elektromagnetyczne o wartościach ustanowionych dla strefy zagrożenia 

zaś na pozostałej części pokładu nawigacyjnego lub namiarowego – o wartościach odpowiadających 

strefie pośredniej bhp w polach elektromagnetycznych. W przypadku radiotelefonów 

ręcznych w odległości nawet do 40 cm od urządzenia może występować strefa zagrożenia, 

zaś w odległości do 1 m – strefa pośrednia. 

V. Ekspozycja pracowników 

Pracownicy w czasie wykonywania obowiązków podlegają ekspozycji dopuszczalnej na pole 

elektromagnetyczne. Kryterium to zostaje zachowane dopóki nie zbliżają się oni do anteny 

radaru i anten radiotelefonów stacjonarnych a korespondencję przez radiotelefony ręczne 

ograniczają do kilkudziesięciu minut w czasie jednej zmiany roboczej. 

VI. Możliwości modyfikacji istniejących instalacji 

Możliwości poprawy warunków pracy w polach elektromagnetycznych na pokładach jednostek 

pływających ograniczają się do umieszczania anten urządzeń nadawczych z daleka 

miejsc przebywania ludzi, prawidłowego wykonywania wszystkich połączeń masy tych urządzeń 

i złącz przewodów antenowych oraz unikaniu umieszczania w pobliżu anten nadawczych 

elementów metalowych, które nie mają połączenia galwanicznego z masą statku, a ich 

rozmiary korespondują z długością fali wytwarzanego przez nadajniki pola. 

87


DIFFUSE OPTICAL TOMOGRAPHY 

IN BIOMEDICAL APPLICATION 

Magdalena Stasiak 1 , Przemysław Berowski 2 

1 

Department of Electrical Apparatus, Technical University of Lodz, 

Stefanowskiego 18/22, 90-924 Lodz, e-mail: stasiak@p.lodz.pl 

2 

Electrotechnical Institute, 

Pożaryskiego 28, 04-703 Warsaw, e-mail: p.berowski@iel.waw.pl 

Diffuse optical tomography (DOT) is noninvasive, nonionizing and inexpensive 

technique used to measure the optical properties of physiological tissue. In the near-infrared 

(NIR) spectral window of 600-1000 nm, photon propagation in tissues is dominated by 

scattering rather than absorption. Photons experience multiple scattering events as they 

propagate deeply into tissue – up to 10 cm. 

In order to solve the forward problem the adequate model of computer simulation and 

methods are needed. The Finite Element Method (FEM) and also the Boundary Element 

Method (BEM) are the most frequently used among many others. The BEM is an interesting 

alternative to the more commonly used numerical methods such as FEM. The principle 

advantage of using BEM in EIT is that the discretization is necessary only at the boundary of 

analysed domain, what is connected with a significant reduction of the dimension and number 

of unknowns from O(N 2 ) to O(N). In this method the partial differential equations (PDE) with 

adequate boundary conditions are transformed into an equivalent integral equation set defined 

only on the surface of the considered volume. The original integral equation governing 

surface potential can be approximated as a summation of surface integrals of each element. 

In full paper the BEM approach to problems solution in diffuse optical tomography 

will be explained in details. 

References 

1. Aliabadi M.H., The Boundary Element Method, Volume 2, John Wiley &Sons, LTD, 2002 

2. Choe R.: Diffuse Optical Tomography and Spectography of Breast Cancer and Fetal Brain, Dissertation 

in Physics and Astronomy, University of Pennsylvania, 2005. 

3. de Munk J.C., Faes T.J.C., Heethaar R.M., The Boundary Element Method in the Forward and Inverse 

Problem of Electrical Impedance Tomography, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol. 47, No. 

6, pp.792-800, June 2000. 

4. Gibson A.P., Hebden J.C., and Arridge S.R.: Recent advances in diffuse optical imaging, Physics 

in Medicine and Biology, 50, R1-R43 (2005). 

5. Hillman E.: Development of optical tomography techniques for functional imaging of the neonatal brain, 

PhD dissertation, London 2001 

89

90 


6. Kolehmainen V., Arridge S.R., Vauhkonen M., and Kaipio J.P.: Simultaneous reconstruction of internal 

tissue region boundaries and coefficients in optical diffusion tomography, Physics in Medicine and Biology 

45(11), 3267-3284 (2000). 

7. Sikora J., Zacharopoulos A., Douiri A., Schweiger M., Horesh L.,Arridge S.R., Ripoll J., Diffuse photon 

propagation in multilayered geometries, Physics in Medicine and Biology, vol. 51, pp. 497-516, 2006.


WARUNKI ZANIKANIA NADPRZEWODZENIA 

W NISKO- I WYSOKOTEMPERATUROWYCH 

URZĄDZENIACH NADPRZEWODNIKOWYCH 


Politechnika Lubelska, Instytut Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii 

ul. Nadbystrzycka 38a, 20-618 Lublin 

p.surdacki@pollub.pl 

Stan nadprzewodzenia w urządzeniu nadprzewodnikowym jest stanem metastabilnym, 

tzn. wystąpienie zaburzenia związanego z dostarczeniem zewnętrznego impulsu energii może 

wywołać utratę tego stanu i przejście do stanu rezystywnego. Uwzględnienie tego procesu jest 

niezbędnym etapem projektowania każdego urządzenia nadprzewodnikowego, zarówno nisko- 

jak i wysokotemperaturowego. W analizie zanikania nadprzewodzenia podstawowymi 

zagadnieniami są: określenie maksymalnych wartości temperatury i napięcia oraz czasu, 

w którym zostaną one osiągnięte. 

Rozwój technologii taśm i drutów z nadprzewodników wysokotemperaturowych umożliwił 

konstruowanie nowych urządzeń nadprzewodnikowych, takich jak kable, ograniczniki 

prądu zwarcia, magnetyczne zasobniki energii, pracujących w temperaturach do ~110 K. We 

wczesnych badaniach urządzeń wysokotemperaturowych stwierdzono, że są one bardziej stabilne 

od ich odpowiedników niskotemperaturowych i utrata nadprzewodzenia występuje 

rzadko. Jednak wraz ze wzrostem rozmiarów tych urządzeń zaczęto obserwować niekontrolowany 

wzrost temperatury przy jednocześnie dynamice tego wzrostu mniejszej niż dla urządzeń 

niskotemperaturowych. Opis matematyczny procesu przejściowego zanikania nadprzewodzenia 

jest zatem bardzo istotny również w urządzeniach wysokotemperaturowych. 

Podstawowe równanie opisujące proces przejściowy jest jednakowe dla obu typów 

urządzeń nadprzewodnikowych, jednak występują znaczne różnice w samym procesie zanikania 

nadprzewodzenia w tych urządzeniach. Rozbieżności te wynikają z różnic w kształtach 

charakterystyk napięciowo-prądowych, wartościach ciepła właściwego przy temperaturach 

roboczych, zakresach temperatur, przy których urządzenia pozostają w stanie nadprzewodzenia 

oraz temperaturach krytycznych dla nadprzewodników nisko- i wysokotemperaturowych. 

Wszystkie te czynniki silnie wpływają na odmienność procesu zanikania nadprzewodzenia 

w urządzeniach wysokotemperaturowych. 

W pracy dokonano porównania klasycznego podejścia do analizy zanikania nadprzewodzenia 

w urządzeniach niskotemperaturowych, opartego na propagacji strefy rezystywnej [1], 

z nową metodyką analizy, proponowaną dla urządzeń wysokotemperaturowych, uwzględniającą 

gładki kształt charakterystyki napięciowo-prądowej nadprzewodnika [2]. 

Analiza procesu zanikania nadprzewodzenia w przewodzie nadprzewodnikowym opiera 

się na bilansie gęstości energii 

91

92 


∂T ∂ ⎡ ∂T⎤ 

CT ( ) = ⎢kT ( ) ⎥+ 

gq( T) + gd −gw( 

T) 

(1) 

∂t ∂x⎣ ∂x⎦ 

gdzie: lewa strona równania (1) reprezentuje szybkość zmian gęstości energii cieplnej, C(T) – 

objętościowo uśredniona pojemność cieplna przewodu. Po prawej stronie równania pierwszy 

składnik reprezentuje przewodzenia ciepła wewnątrz przewodu, k(T) – objętościowo uśredniona 

przewodność cieplna przewodu, gq(T) – gęstość energii cieplnej generowanej przez 

przepływ prądu oraz wywołanej nieliniową charakterystyką U=f(I), gd – gęstość energii zaburzenia 

magnetycznego lub mechanicznego, gw(T) – gęstość energii chłodzenia rozpatrywanego 

elementu przewodu. 

Uogólniony przewód nadprzewodnikowy opisany jest zależnością natężenia pola elektrycznego 

E(I,T) od prądu i temperatury 

n 

⎛ I ⎞ 

E( I, T) = E0⎜ ⎟ 

(2) 

⎜I0( T) 

⎟ 

⎝ ⎠ 

gdzie: n – wykładnik charakterystyczny (dla nadprzewodników niskotemperaturowych LTS 

ma wartość ok. 10-100, dla niskotemperaturowych HTS – wartość ok. 2-10 [2]), I0(T) – prąd 

odpowiadający poziomowi natężenia pola elektrycznego 1 µV/cm, zwany prądem krytycznym. 

Moc ciepła generowanego w nadprzewodniku ma postać 

n+ 

1 

⎛ I ⎞ 

QTn ( , ) = IE 0 0⎜ 

⎟ . (3) 

⎜I0( T) 

⎟ 

⎝ ⎠ 

Na charakterystykach temperaturowych strumieni cieplnych nagrzewania Q(T) 

i chłodzenia W(T) dla obu typów nadprzewodników (rys. 1) zaznaczono temperatury równowagi 

odpowiadające odpowiednio stanowi nadprzewodzenia (Tsc) i stanowi rezystywnemu 

(Tr) oraz temperaturę stanu niestabilnego Tns. 

Rys. 1. Charakterystyki temperaturowe strumieni cieplnych nagrzewania i chłodzenia dla nadprzewodników 

niskotemperaturowych (n= 50) i wysokotemperaturowych (n = 5) 

W celu wyprowadzenia nadprzewodnika ze stanu nadprzewodzenia niezbędne jest podniesienie 

temperatury powyżej wartości Tns. Dla nadprzewodników niskotemperaturowych 

wiąże się to z wystąpieniem zaburzenia o małej wartości energii, natomiast dla nadprzewodników 

wysokotemperaturowych wymagana jest energia o dużej wartości. Proces przejściowy 

zanikania nadprzewodzenia dla nadprzewodników niskotemperaturowych związany jest 

z propagacją strefy rezystywnej, której czoło stanowi ostre przejście pomiędzy stanem rezy-


stywnym i stanem nadprzewodzenia. W nadprzewodnikach wysokotemperaturowych prędkość 

strefy rezystywnej jest ok. dwa rzędy wielkości mniejsza, zatem proces ten ma charakter 

bardziej równomiernego nagrzewania się. 

W pracy opisano dalsze aspekty zróżnicowanych warunków procesu zanikania nadprzewodzenia: 

prądy przejścia rezystywnego w stosunku do prądów krytycznych, przebiegi 

wzrostu temperatury w czasie, maksymalne temperatury i napięcia po zaniku nadprzewodzenia 

oraz czasy zanikania nadprzewodzenia. 

Literatura 

[1] Surdacki P., Kryteria stabilności w analizie nadprzewodników silnoprądowych, Przegląd Elektrotechniczny, 

(2008) 5, 99-102. 

[2] Vysotsky V.S., Rakhmanov A.L., Ilyin Yu., Influences of voltage–current characteristic difference on 

quench development in low-Tc and high-Tc superconducting devices, Physica C 401 (2004) 57–65. 

93


DOBÓR KONSTRUKCJI SILNIKA INDUKCYJNEGO 

OBROTOWO-LINIOWEGO DO ZADANEJ 

CHARAKTERYSTYKI ELEKTROMECHANICZNEJ 

PRZY WYKORZYSTANIU METOD POLOWYCH 

Streszczenie 


Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, Katedra Mechatroniki 

email: marcin.szczygiel@polsl.pl 

Silniki indukcyjne obrotowo – liniowe są maszynami realizującymi ruch złożony (obrotowy, 

postępowy lub spiralny). Silniki projektowane dotychczas są wykonywane w następujących 

wariantach konstrukcyjnych[1,2,3]: 

• jednotwornikowe, w których uzwojenia są galwanicznie izolowane, wytwarzające pola 

o propagacjach wzajemnie prostopadłych i umieszczone w obrębie jednej części 

czynnego pakietu blach, 

• dwutwornikowe, w których tworniki ruchu liniowego i ruchu obrotowego są rozdzielone 

i współpracują ze wspólnym wirnikiem – bieżnią. 

Proces konstruowania silnika indukcyjnego obrotowo – liniowego jest procesem złożonym 

obejmującym zaprojektowanie twornika ruchu obrotowego, twornika ruchu liniowego, wirnika 

– bieżni i zespołu łożyskowego umożliwiającego realizację ruchu złożonego. W konstrukcji 

prezentowanej na rysunku 1 istnieje możliwość przeprowadzenia procesu obliczeniowego 

jako dwóch oddzielnych tworników współpracujących z ze wspólnym wirnikiem – bieżnią 

z litą warstwą przewodzącą. Silnik prezentowany na rysunku 2 został wykonany w oparciu 

o elementy konstrukcyjne silnika ShR 90X-M produkowanego seryjnie, jako konstrukcja 

przedstawiona na rysunku 1. W konsekwencji zaprojektowana maszyna wymagała ponownego 

wyznaczenia charakterystyki elektromechanicznej i parametrów schematu zastępczego 

[4,5]. Silnik obrotowo – liniowy (rys.2) współpracuje z hamulcem obrotowo – liniowym 

z cieczą magnetoreologiczną [6] stanowiąc oryginalny układ napędowy, dlatego też w procesie 

projektowania zaistniała potrzeba doboru konstrukcji w oparciu o charakterystyki elektromechaniczne 

poszczególnych tworników. Dla wyznaczenia rodzin charakterystyk elektromechanicznych 

Te = f(n) i Fe = f(v) wykorzystano program FEMM i procedurę napisaną 

w języku Lua. Opracowana procedura umożliwia wyznaczenie rozkładów pól elektromagnetycznych 

i charakterystyk elektromechanicznych przy różnych częstotliwościach poślizgowych 

maszyny f2= 0÷50 Hz, jak też przy zmiennych parametrach długości szczeliny powietrznej 

95

96 


δ=0,3÷1 mm i grubości warstwy przewodzącej wirnika ∆=0,3÷1 mm. Na rysunku 3 i rysunku 

4 przedstawiono wybrane rodziny charakterystyk elektromechanicznych Te = f(n) i Fe = f(v) 

dla trzech przykładowych grubości warstwy przewodzącej ∆1=0,3 mm, ∆2=0,5 mm, ∆3=1 mm 

i długości szczeliny powietrznej δ1=0,3 mm. 

1) 

3) 

Rys. 1. Konstrukcja dwutwornikowa: 1 – twornik 

ruchu liniowego, 2 – twornik ruchu liniowego,3 – 

wirnik – bieżnia, 4 – obudowa 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

Fe [N] 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 

Cu = 0.3 Cu = 0.5 Cu = 0.8 

v [m/s] 

Rys. 3. Rodzina charakterystyk elektromechanicznych 

Fe = f(v) dla trzech grubości warstwy przewodzącej 

∆1=0,3 mm, ∆2=0,5 mm, ∆3=0,8 mm 

Literatura 

2) 

4) 

Rys. 2. Silnik indukcyjny o dwóch stopniach swobody 

ruchu 

Te [Nm] 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

0 100 200 300 400 500 600 700 800 

n [obr/min] 

Cu = 0.3 Cu = 0.5 Cu = 0.8 

Rys. 4. Rodzina charakterystyk elektromechanicznych 

Te = f(n) dla trzech grubości warstwy przewodzącej 

∆1=0,3 mm, ∆2=0,5 mm, ∆3=0,8 mm 

1. Kamiński G.: Silniki elektryczne o ruchu złożonym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 

Warszawa 1994. 

2. Mendrela E., Fleszar J., Gierczak E.: Modeling of induction motors with one and two degrees of mechanical 

freedom. Kluwer Academic Publishers, Boston 2003. 

3. Mendrela E.: Silniki indukcyjne o wielu stopniach swobody mechanicznej. Zeszyty Naukowe Politechniki 

Świętokrzyskiej „Elektryka” z. 14, Kielce 1984. 

4. Szczygieł M.: Wyznaczanie parametrów schematu zastępczego silnika indukcyjnego o dwóch stopniach 

swobody mechanicznej przy wykorzystaniu obliczeń polowych. VII International Workshop for Candidates 

for a Doctor’s Degree OWD’2005, 22-25 października 2005, Wisła. 

5. Szczygieł M.: Induction motor with two degrees of mechanical freedom - design methodology. 4th International 

symposium on Automatic Control, Wismar, 22-23 September 2005. 

6. Kowol P.: Hamulce Magnetoreologiczne o jednym i dwóch stopniach swobody ruchu, Praca doktorska, 

Wydział Elektryczny Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.


POCZĄTKI ELEKTRYZACJI JAPONII 


Polsko-Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych 

toho@pjwstk.edu.pl 

Hiraga Gennai (1728-1780), pierwszy japoński „elektryk” skonstruował w 1776 r. maszynę 

do generowania elektryczności statycznej zwaną erekiteru 1) . Urządzenie to demonstrował 

mieszkańcom Edo (obecnie Tokio) wzbudzając niemałe zaciekawienie. Po smierci Gennai 

jego uczniowie kontynuowali te prezentacje. Były to jednak wyłącznie pokazy, bez dalszego 

ciągu w postaci badań naukowych ani też prób wykorzystania w przemyśle. 

Znacznie później, dopiero w 1849 r. pierwszą próbę przesyłania w Japonii informacji 

telegrafem przeprowadził w miejscowości Matsushiro w prefekturze Nagano, Sakuma Shozan 

(1811- 1864). Shozan sam skonstruował baterię, kabel i telegraf typu Wheatstone’a, prawdopodobnie 

opierając się jedynie na ilustracji w holenderskiej encyklopedii Shomera. 

W 1853 r. oficjalny przedstawiciel Stanów Zjednoczonych komandor Matthew C. Perry 

przypłynął na czele okrętów wojennych do Edo. Wystrzałami armatnimi obudził Japonię z ponad 

dwustuletniego spokojnego snu. W marcu 1854 r. Perry zmusił Japonię do otwarcia granic. 

Wśród licznych prezentów Perry’ego dla szoguna Tokugawa Iesada znajdowały się dwa elektryczne 

telegrafy. Amerykanie używając kabli elektrycznych zorganizowali wtedy pokaz łączności 

telegraficznej pomiędzy dzielnicami Komagata i Suboshi-benten w Jokohamie. 

Terashima Munenori (1832 - 1893), lekarz z Satsuma (obecnie Kagoshima), razem 

z Kawamoto Komin (1810 - 1871) juz rok później próbował produkować w Japonii elektryczne 

telegrafy. W 1857 r. przeprowadzono testy połączeń. Terashima uważał, że telekomunikacja 

jest jedną z najważniejszych technik w modernizacji państwa. Wkrótce po restauracji 

Meiji (1869 r.) zrealizował budowę pierwszego odcinka łączności telegraficznej Tokio–Jokohama, 

był wtedy wojewodą prefektury Kanagawa. Dzięki tej inwestycji uważa się 

Terashimę za ojca telekomunikacji Japonii 2) . 

Duńska firma telekomunikacyjna Daihoku Telegraf w 1871 r położyła kable podwodne 

między Nagasaki i Szanghajem oraz miedzy Nagasaki i Władywostokiem. Dzięki temu Japonia 

została bezpośrednio przyłączona do sieci euroazjatyckiej telekomunikacji. Kolejne połą- 

97

98 


czenie telegraficzne Nagasaki - Tokio zostało zbudowane w 1873 r., tym razem już przez rząd 

Japonii. 

Aparat telefoniczny wynaleziony przez Aleksandra G. Bella w Stanach Zjednoczonych 

w 1876 r. został bezzwłocznie sprowadzony do Japonii i przetestowany w Ministerstwie 

Przemysłu. Fabryka przy Departamencie Telegramu wyprodukowała dwie kopie tego aparatu 

w 1878 r. 

25 marca 1878 r. został utworzony Główny Urząd Telegraficzny w Kobiki-cho w Tokio. 

W szybkim tempie rozbudowywano lokalne centra. Przed końcem 1880 r. stolice wojewódzkie 

w całej Japonii miały swoje centrale telegraficzne. 

W dniu otwarcia Głównego Urzędu Telegraficznego pokazano także lampę łukową. Ten 

pokaz miał ważne znaczenie dla rozwoju elektryfykacji, ponieważ uświadamiał Japończykom, 

że elektryczność może służyć także do oświetlania oraz jako źródło energii. Na pamiątkę 

tego wydarzenia 25 marca jest do dziś w Japonii dniem elektryczności. 

Lampę łukową ustawiono w 1882 r. na ulicy Ginza, w centrum Tokio, stała się ona dużą 

atrakcją dla turystów. W 1885 r. na otwarcie Zrzeszenia Banków w Tokio pojawiła się pierwsza 

żarówka. Powstawały firmy elektryczne, pierwsza w Tokio w 1886 r. (Tokyo Dento – 

obecnie Tokyo Electric Power), następne w Nagoya, Kobe, Kioto i Osaka (1887). Pierwsza 

elektrownia cieplna w Japonii została zbudowana przez Tokio Dento w 1887 r., dawała prąd 

stały 25kW, 210V. 

W 1889 r. Osaka Dento sprowadziła generator prądu zmiennego ze Stanów Zjednoczonych. 

W tym samym roku pojawił się w Tokio pierwszy pociąg elektryczny, a w następnym 

winda. 

Pierwsza elektrownia wodna powstała w Kioto w 1890 r., miała moc 160 kW (obecnie 

4500 kW). Dzięki tej elektrowni miasto Kioto zbudowało w 1894 r. pierwszą w Japonii sieć 

tramwajową. 

Tokyo Dento otworzyła kolejną elektrownię w Asakusa w Tokio importując na jej użytek 

generator niemieckiej firmy AEG, który miał częstotliwość 50 Hz. Później ta częstotliwość 

stała się standardem we wschodniej części Japonii. W następnym roku w elektrowni 

w Asakusa po raz pierwszy zastosowano generator wyprodukowany w Japonii. W 1896 r. istniały 

na terenie całej Japonii 23 elektrownie cieplne, 7 wodnych i 3 cieplno-wodne. Ilość 

lamp oświetleniowych przekroczyła 120 tysiecy. 

W 1897 r. Osaka Dento rozbudowała elektrownie sprowadzając amerykański generator 

firmy GE z częstotliwością 60 Hz. Częstotliwość ta stała się standardowa dla całej zachodniej 

części Japonii. Ten raczej nieszczęśliwy podział częstotliwości zależnie od miejscowej geografii 

powoduje do dziś komplikacje w przemyśle elektrycznym, czasami nawet utrudnia życie 

codzienne Japończykom.

Bibliografia 


1. M. Toho, Hiraga Gennai – pierwszy elektryk japoński, XVI Sympozjum Środowiskowe PTZE, pp. 

131-132, Rydzyna 2007 

2. http://www.minc.ne.jp/~megumi-t/r-tarasima.htm 

3. http://www.kenkenfukuyo.org/reki/ormoru/tsuushin1/tsuushin001.html 

4. Web site of the Federation of Electric Power Companies of Japan: http://www.fepc.or.jp/english/ 

99


DWUWARSTWOWY SYSTEM POZYCJONOWANIA 

GŁOWIC PAMIĘCI MASOWYCH 

O 5 STOPNIACH SWOBODY 

Streszczenie 


Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, Katedra Mechatroniki 

email: tomasz.trawinski@polsl.pl 

Proponowane i eksponowane w chwili obecnej modele matematyczne systemów pozycjonowania 

głowic o dwóch stopniach swobody, przystosowane są do analizy jego pracy tylko 

z jedną stroną nośnika danych. Na podstawie takich modeli dokonuje się syntezy układów 

regulacji pozycji głowic, w celu pozycjonowania i śledzenia ścieżek z danymi. W zdecydowanej 

jednak większości przypadków dyski twarde wyposażone są w więcej niż jeden talerz, 

stąd też wniosek, że skonstruowany układ pozycjonowania głowicy na podstawie ww. modelu 

systemu pozycjonowania zapewniać będzie prawidłowe pozycjonowanie głowic nad ścieżkami 

znajdującymi się tylko na jednej stronie talerza. W niniejszym artykule przedstawiony 

zostanie model matematyczny sytemu pozycjonowania głowic, o finalnie pięciu stopniach 

swobody, przystosowany do współpracy z dwoma stronami nośnika danych. System pozycjonowania 

będzie rozważany na wstępie jako szczególny przypadek miniaturowego manipulatora 

robota o trzech stopniach swobody, złożonego z trzech przegubów rotacyjnych, przy czym 

jeden z przegubów nie będzie napędzany. Sformułowany model dynamiczny następnie zostanie 

rozszerzony o dodatkowy człon – pozycjonujący drugi zestaw głowic. 

Rys. 1. Aktuator głowic o 3 stopniach swobody ruchu Rys. 2. Zmodyfikowany aktuator głowic o 3 stopniach 

swobody ruchu 

101

102 


Na rysunku1 przedstawiono łańcuch kinematyczny systemu pozycjonowania głowic o trzech 

stopniach swobody. Prezentowany łańcuch kinematyczny składa się z trzech sztywnych par 

kinematycznych połączonych przegubami rotacyjnymi. Pierwsza para kinematyczna związana 

jest z głównym silnikiem napędowym (silnikiem VCM [2,6]), E-blokiem oraz sztywną podstawą 

– para ta jest połączona przegubem obrotowym. W osi obrotu pierwszego przegubu 

przyłożony jest moment napędowy pochodzący od silnika VCM. Druga para kinematyczna to 

końcówka E-bloku oraz system zawieszenia głowicy – połączone przegubem pasywnym. 

Trzecia para kinematyczna złożona jest z systemu zawieszenia głowic i ślizgacza, połączonych 

razem również przegubem obrotowym. W trzecim przegubie przyłożony jest moment 

napędowy wytworzony przez mikrosilnik (np. silnik elektrostatyczny). 

W celu sformułowania modelu matematycznego sytemu pozycjonowania głowic HDD umożliwiającego 

analizę pracy przy odczytywaniu lub zapisie danych, z co najmniej dwóch stron 

talerzy, należy w odpowiedni sposób zmodyfikować jego łańcuch kinematyczny. W przeciwieństwie 

do typowego układu systemu pozycjonowania głowic z podwójnym systemem napędowym, 

w którym można było założyć, że wszystkie przeguby leżą w jednej płaszczyźnie 

(której normalna pokrywała się z kierunkiem osi obrotu silnika VCM), wprowadza się dodatkowe 

przeguby i człony powodujące rozgałęzienie członu pierwszego (rys.2.). 

Literatura 

1. Trawiński T.: Mathematical model of dual-stage actuator with passive joint for HDD head positioning, 

Research and Education in Mechatronics REM 2006, KTH, Stockholm, Sweden, June 15-16, 2006, 

2. Trawiński T.: Verification of the mathematical model of Voice Coil Motor with high range of angular 

motion, Research and Education in Mechatronics REM 2006, KTH, Stockholm, Sweden, June 15-16, 2006, 

3. Trawiński T.: Mathematical model of head actuator of HDD with passive joint, International XV 

Symposium Micromachines and Servosystems, p.195-200, Soplicowo, Poland, 17-21 September 2006. 

4. Trawiński T.: Mathematical model of head actuator of hard-disk drive with passive joint, Electromotion, 

ISSN 1223-057X, p.32-37, No.1, Vol.14, January-March 2007. 

5. Trawiński T., Kluszczyński K.: Modelowanie matematyczne dwuwarstwowego aktuatora głowic dysku 

twardego jako manipulatora, Artykuł zaprezentowano na Seminarium Wybrane Zagadnienia Elektrotechniki 

i Elektroniki WZEE’2007, Przegląd Elektrotechniczny – materiały w druku. 

6. Trawiński T.: Model matematyczny silnika VCM z nierównomiernym rozkładem pola magnetycznego 

w szczelinie powietrznej, Przegląd Elektrotechniczny nr 12/2007, s. 114-117, 2007, 

7. Trawiński T.: Macierze blokowe w modelowaniu matematycznym dwuwarstwowego aktuatora głowic 

dysku twardego, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Elektryka z.3, s.147-157, 2007, 

8. Trawiński T.: Expressions described elements of inverse inertial matrices of positioning head systems 

of mass storage devices. XII Seminar Fundamental Problem of Energoelectronics, Electromechanics and 

Mechatronics PPEEm’2007, Tom II, p.221-224, Wisła, November 2007.


PLASMA WAVES IN IONOSPHERE 

Alexander S. Volokitin 1 , Barbara Atamaniuk 2 

(1) Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, 

Moscow, Russia 

(2) Institute of Fundamental Technological Research, PAS, 

Warsaw, Poland 

Plasmas of the Earth’s ionosphere and planets is environment which supports the big variety of 

electromagnetic and electrostatic waves, which frequencies and lengths change in very wide 

range. In such rare medium as ionospheric plasma frequency of particle collisions is small, 

what leads to weak attenuation of waves and possibility of their propagation on the large 

distance. Thanks to the specified factors the role of waves in processes of particles and energy 

transport in ionosphere is very important. Beside this, a possibility to use plasma waves as a 

diagnostics agent to study structure and physical processes in ionosphere is invaluable. 

Electromagnetic waves, which can go far from their origin, are especially interesting to this 

purpose. 

In the given report physical properties of waves for the basic types of the oscillations and waves 

existing in ionospheric plasma are considered, with description of those regions and processes 

in ionosphere in which the given fluctuations play an essential role. Such linear characteristics 

of waves as a frequency dispersion, attenuation and generation rates are discussed briefly. For 

concrete examples of lower hybrid fluctuations, Alfven waves and other types of waves, 

modern theoretical approaches to calculation of a dispersion, attenuation and generation of 

waves in the ionospheric plasma, which is far from conditions of thermodynamic equilibrium, 

are considered. Also the most important for the considered waves nonlinear processes are 

presented at connection with the certain ionospheric conditions. The methods, used in the 

analysis of the most essential nonlinear wave processes in the ionosphere, and the 

corresponding equations describing nonlinear dynamics of waves are represented. 

This research is supported by KBN grant 0TOOA 01429 

103


ZMIANY FUNKCJONOWANIA 

UKŁADU UCIECZKI KARACZANA POD WPŁYWEM 

DZIAŁANIA ELF POLA MAGNETYCZNEGO 


Zakład Biofizyki, Instytut Biollogii Ogólnej i Molekularnej, Uniwersytet Mikołaja Kopernika 

ul. Gagarina 9, 87-100 Toruń. Poland, 

e-mail:jwyszk@uni.torun.pl 

Badania nad biologicznymi efektami wpływu pola elektromagnetycznego (EMF) częstotliwości 

50 Hz dowodzą, że może modyfikować ono funkcjonowanie komórek poprzez działanie 

na kanały jonowe, receptory oraz enzymy (Lacy-Hulbert et al., 1998). 

Celem prezentowanej pracy była ocena wpływu pola elektromagnetycznego na funkcjonowanie 

układu nerwowego owada za pomocą technik elektrofizjologicznych. Zbadano aktywność 

bioelektryczną początkowej części systemu ucieczki karaczana Periplaneta americana 

w odpowiedzi na mechanostymulację wyrostka rylcowego. Doświadczenia przeprowadzono 

na kontrolnej grupie owadów oraz na grupie owadów po 24h ekspozycji w polu EM. 

Celem tych obserwacji była próba odpowiedzi na pytanie czy ekspozycja na pole EM zmienia 

wrażliwość układu nerwowego na bodźce mechaniczne oraz szybkość reakcji. 

Miejscem uruchomienia mechanizmu ucieczki karaczana są znajdujące się na końcu ciała 

dwa wyrostki (cerci) zaopatrzone w receptory wrażliwe nawet na najmniejsze ruchy powietrza. 

Receptorami są bardzo cienkie włoski rozmieszczone po 220 na każdym z wyrostków, 

mające nerwowe połączenia z ostatnim zwojem łańcuszka nerwowego (ośrodkowy układ 

nerwowy). Podrażniony włosek wysyła informacje w postaci impulsów elektrycznych wzdłuż 

włókien nerwowych aż do zwojów tułowiowych, w których znajdują się neurony motoryczne 

wprawiające w ruch odnóża i umożliwiające ucieczkę owada z miejsca zagrożenia (Cymborowski, 

1991; Janiszewski, 1987). Stosując technikę elektrod zewnątrzkomórkowych obserwowano 

pobudzenie receptorów na działający bodziec, oraz przesyłanie informacji na drodze 

aferentnej. Oceniano wielkość opóźnienia reakcji na bodźce oraz wielkość bodźca progowego 

na poziomie nerwu cerkalnego i pojedynczej konektywy. Owady eksponowane były przez 

24h w jednorodnym polu magnetycznym o wartości indukcji 7 mT i częstotliwości 50 Hz. 

Uzyskane wyniki wskazują, że ekspozycja w polu EM obniżyła wartość opóźnienia reakcji 

we wszystkich badanych punktach, co oznacza, ze układ nerwowy reagował szybciej oraz 

istotnie zmniejszyła wartość progu pobudliwości we wszystkich badanych miejscach. 

W przeprowadzonych przez nas wcześniej badaniach stwierdziliśmy, że ekspozycja karaczana 

amerykańskiego w polu elektromagnetycznym (50 Hz, 7 mT) wywołuje wzrost jego 

aktywności motorycznej (Wyszkowska et al., 2006) co według nas jest skutkiem modyfikacji 

działania układu nerwowego owada. Kolejne doświadczenia własne sugerują, że zwiększona 

aktywność oktopaminy (substancji odpowiadającej noradrenalinie u kręgowców) może być 

bezpośrednio odpowiedzialna za wzrost aktywności motorycznej owadów. Omówiony tu 

105

106 


wcześniej wzrost pobudliwości systemu ucieczki karaczana wywołany ekspozycją 

w polu EM może również być efektem podniesienia wydzielania oktopaminy. W związku 

z tym, celem kolejnej serii doświadczalnej było określenie wpływu oktopaminy na funkcjonowanie 

sytemu ucieczki owada. W doświadczeniach rejestrowano tak jak poprzednio wielkość 

opóźnienia reakcji na bodźce mechaniczne oraz wielkość bodźca progowego na poziomie 

pojedynczej konektywy. Owadom z grupy kontrolnej i eksponowanej podawano 0,05 ml 

roztworu oktopaminy o stężeniu 10 -7 M bezpośrednio na ostatni zwój odwłokowy. Zaobserwowano, 

że podanie oktopaminy powoduje znaczące zmniejszenie opóźnienia reakcji zarówno 

w grupie kontrolnej jak i eksponowanej; obniża również wartość bodźca progowego w obu 

grupach. Podanie oktopaminy wywołuje podobny efekt jak do ekspozycji w polu EM. Pozwala 

to przypuszczać, że pole EM zwiększa pobudzenie układu nerwowego owada za pośrednictwem 

oktopaminy. 

Literatura 

CYMBOROWSKI B.,1991: Karaczany – żywe skamieliny. Wiedza i Życie, 6, s. 54-59. 

JANISZEWSKI J., 1987: Osiągnięcia neuroetologii w zakresie komórkowego podłoża zachowania się owadów. 

Przegląd Zoologiczny, XXXI, 3, s. 293-305. 

LACY-HULBERT, 1998: Biological responses to electromagnetic fields, FASEB, 12: 395-420 

WYSZKOWSKA J., STANKIEWICZ M., KRAWCZYK A., 2006: Examination of nervous system exposed to electromagnetic 

field on the example of cockroach (Periplaneta americana), Przegląd Elektrotechniczny, Przegląd 

Elektrotechniczny R. 82, 12: 66-67

zastosowania elektromagnetyzmu w nowoczesnych ... - PTZE

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?