Shmelev V.E., sbitnev S.A. teoretické základy elektrotechniky

1. Úvod. Předmět studia valeologie.

3. Hlavní zdroje elektromagnetického pole.

5. Způsoby ochrany lidského zdraví před elektromagnetickými účinky.

6. Seznam použitých materiálů a literatury.

1. Úvod. Předmět studia valeologie.

1.1 Úvod.

Valeologie - z lat. "Valeo" - "ahoj" - vědní disciplína studium individuálního zdraví zdravého člověka. Zásadní rozdíl mezi valeologií a ostatními obory (zejména z praktického lékařství) spočívá právě v individuálním přístupu k hodnocení zdravotního stavu každého konkrétního subjektu (bez zohlednění obecných a zprůměrovaných údajů za kteroukoli skupinu).

Poprvé byla valeologie jako vědní disciplína oficiálně zaregistrována v roce 1980. Jejím zakladatelem byl ruský vědec I.I.Brekhman, který působil na Vladivostocké státní univerzitě.

V současné době se nová disciplína aktivně rozvíjí, hromadí se vědecká práce a aktivně se provádí praktický výzkum. Postupně dochází k přechodu ze statutu vědecké disciplíny do statutu samostatné vědy.

1.2 Studijní obor valeologie.

Předmětem studia valeologie je individuální zdraví zdravého člověka a faktory, které jej ovlivňují. Také valeologie se zabývá systemizací zdravého životního stylu s přihlédnutím k individualitě konkrétního předmětu.

V současnosti je nejběžnější definicí pojmu „zdraví“ definice navržená odborníky ze Světové zdravotnické organizace (WHO):

Zdraví je stav fyzické, duševní a sociální pohody.

Moderní valeologie identifikuje následující hlavní charakteristiky individuálního zdraví:

1. Život je nejsložitějším projevem existence hmoty, který svou složitostí předčí různé fyzikální, chemické a biologické reakce.

2. Homeostáza je kvazistatický stav forem života, vyznačující se proměnlivostí v relativně dlouhých časových intervalech a praktickou statičností u malých.

3. Adaptace - vlastnost životních forem přizpůsobit se měnícím se podmínkám existence a přetížení. Při poruchách adaptace nebo příliš prudkých a radikálních změnách podmínek dochází k maladjustaci – stresu.

4. Fenotyp - kombinace faktorů prostředí ovlivňujících vývoj živého organismu. Také termín "fenotyp" charakterizuje souhrn charakteristik vývoje a fyziologie organismu.

5. Genotyp - kombinace dědičných faktorů ovlivňujících vývoj živého organismu, které jsou kombinací genetického materiálu rodičů. Při přenosu deformovaných genů od rodičů vznikají dědičné patologie.

6. Životní styl – soubor stereotypů a norem chování, které charakterizují konkrétní organismus.

Zdraví (jak je definováno WHO).

2. Elektromagnetické pole, jeho druhy, vlastnosti a klasifikace.

2.1 Základní definice. Druhy elektro magnetické pole.

Elektromagnetické pole je zvláštní forma hmoty, jejímž prostřednictvím se provádí interakce mezi elektricky nabitými částicemi.

Elektrické pole - vytvořené elektrickými náboji a nabitými částicemi v prostoru. Obrázek ukazuje siločáry (imaginární čáry používané k vizualizaci polí) elektrického pole pro dvě klidové nabité částice:

Magnetické pole - vzniká, když se elektrický náboj pohybuje podél vodiče. Obrázek siločar pole pro jeden vodič je na obrázku:

Fyzický důvod existence elektromagnetické pole je, že časově proměnlivé elektrické pole vybudí magnetické pole a měnící se magnetické pole - vírové elektrické pole. Průběžnou změnou obě složky podporují existenci elektromagnetického pole. Pole stacionární nebo rovnoměrně se pohybující částice je nerozlučně spojeno s nosičem (nabitou částicí).

Při zrychleném pohybu nosičů se však od nich elektromagnetické pole „odlomí“ a existuje v prostředí samostatně, ve formě elektromagnetické vlny, aniž by zmizelo s odstraněním nosiče (např. rádiové vlny nezmizí, když proud mizí (pohyb nosičů - elektronů) v anténě, která je vyzařuje).

2.2 Hlavní charakteristiky elektromagnetického pole.

Elektrické pole je charakterizováno silou elektrického pole (označení "E", rozměr SI - V / m, vektor). Magnetické pole je charakterizováno intenzitou magnetického pole (označení "H", rozměr SI - A/m, vektor). Obvykle se měří modul (délka) vektoru.

Elektromagnetické vlny jsou charakterizovány vlnovou délkou (označení "(", rozměr SI - m), jejich emitující zdroj - frekvence (označení - "(", rozměr SI - Hz). Na obrázku E - vektor intenzity elektrického pole, H - vektor) síla magnetického pole...

Při frekvencích 3 - 300 Hz lze jako charakteristiku magnetického pole použít i pojem magnetické indukce (označení "B", rozměr SI - T).

2.3 Klasifikace elektromagnetických polí.

Nejpoužívanější je tzv. „zonální“ klasifikace elektromagnetických polí podle stupně vzdálenosti od zdroje/nosiče.

Podle této klasifikace se elektromagnetické pole dělí na zóny „blízké“ a „vzdálené“. "Blízká" zóna (někdy nazývaná indukční zóna) sahá do vzdálenosti od zdroje rovné 0-3 generovaná elektromagnetická vlna ještě není plně vytvořena.

„Vzdálená“ zóna je zóna vytvořené elektromagnetické vlny. Zde intenzita pole klesá nepřímo úměrně vzdálenosti ke zdroji. V této zóně platí experimentálně stanovený vztah mezi sílami elektrického a magnetického pole:

kde 377 je konstantní vlnová impedance vakua, Ohm.

Elektromagnetické vlny jsou obvykle klasifikovány podle jejich frekvencí:

| Extrémně nízká, | Hz | Dekamegametr | Mm |

Ultranízká, VLF | Hz | Megametr | Mm |

Infra-nízká, INCh | kHz | Hektokilometr | |

| Velmi nízká, VLF | KHz | Myriametr | km |

| Nízké frekvence, basy | KHz | Kilometr | km |

| Průměrná, střední | MHz | Hektometrické | km |

| Vysoká, HF | MHz | Dekametr | m |

| Velmi vysoká, VHF | MHz | Měřiče | m |

| Ultra vysoká, UHF | GHz | Decimetr | m |

| Supervysoké, mikrovlnná trouba | | GHz | Centimetr | cm |

| Extrémně vysoká, | GHz | Milimetr | mm |

Obvykle se měří pouze síla elektrického pole E. Při frekvencích nad 300 MHz se někdy měří hustota vlnové energie neboli Poytingův vektor (označení "S", rozměr SI - W / m2).

3. Hlavní zdroje elektromagnetického pole.

Hlavní zdroje elektromagnetického pole jsou:

Elektrické vedení.

Elektroinstalace (uvnitř budov a objektů).

Domácí elektrospotřebiče.

Osobní počítače.

Televizní a rozhlasové vysílací stanice.

Satelitní a mobilní komunikace (zařízení, opakovače).

Elektrická doprava.

Radarové instalace.

3.1 Elektrické vedení (PTL).

Vodiče fungujícího elektrického vedení vytvářejí v přilehlém prostoru (ve vzdálenostech řádově desítek metrů od vodiče) elektromagnetické pole průmyslové frekvence (50 Hz). Kromě toho se intenzita pole v blízkosti vedení může měnit v širokém rozsahu v závislosti na jeho elektrickém zatížení. Normy stanovují hranice zón hygienické ochrany v blízkosti elektrického vedení (podle SN 2971-84):

| Provozní napětí | 330 a méně | 500 | 750 | 1150 |

| Velikost | 20 | 30 | 40 | 55 |

(ve skutečnosti jsou hranice zóny sanitární ochrany nastaveny podél hraniční čáry nejdále od vodičů maximální intenzity elektrického pole, která se rovná 1 kV / m).

3.2 Elektroinstalace

Elektrické rozvody zahrnují: silové kabely pro systémy podpory života v budovách, rozvodné elektrické vodiče, jakož i odbočné panely, napájecí skříně a transformátory. Elektrické rozvody jsou hlavním zdrojem elektromagnetických polí silové frekvence v obytných prostorách. V tomto případě je úroveň intenzity elektrického pole vyzařovaného zdrojem často relativně nízká (nepřesahuje 500 V/m).

3.3 Domácí elektrospotřebiče.

Zdrojem elektromagnetických polí jsou všechny domácí spotřebiče, které využívají elektrický proud. V tomto případě se úroveň záření pohybuje v nejširším rozsahu v závislosti na modelu, zařízení zařízení a konkrétním provozním režimu. Také úroveň záření silně závisí na příkonu zařízení - čím vyšší výkon, tím vyšší úroveň elektromagnetického pole při provozu zařízení. Síla elektrického pole v blízkosti domácích spotřebičů nepřesahuje desítky V / m.

Níže uvedená tabulka ukazuje maximální přípustné úrovně magnetické indukce pro nejvýkonnější zdroje magnetického pole mezi domácími elektrickými spotřebiči:

| Zařízení | Maximální přípustný interval | |

| | hodnoty magnetické indukce, μT |

| Kávovar | |

| Pračka | |

| Železo | |

| Vysavač | |

| Elektrický sporák | |

| Lampa "denní světlo" (zářivky LTP, | |

| Elektrická vrtačka (elektromotor | |

| výkon W) | |

| Elektrický mixér (výkon elektromotoru | |

| W) | |

| TV | |

| Mikrovlnná trouba (indukce, mikrovlnka) | |

3.4 Osobní počítače.

Hlavním zdrojem nepříznivých zdravotních účinků na uživatele počítače je vizuální zobrazovací zařízení (VSS) monitoru. Ve většině moderních monitorů je CBO katodová trubice. V tabulce jsou uvedeny hlavní faktory dopadu WAS na zdraví:

| Ergonomie | Faktory vlivu elektromagnetických |

| | pole katodové trubice |

| Výrazný pokles kontrastu | Elektromagnetické pole ve frekvenci |

| reprodukovaný obraz v rozsahu | MHz. |

| externí podsvícení obrazovky přímými paprsky | |

| světlo. | |

| Zrcadlový odraz paprsků světla z | Elektrostatický náboj na povrchu |

| povrch obrazovky (odlesky). | obrazovka monitoru. |

| Kreslená postavička | Ultrafialové záření (rozsah |

| reprodukce obrazu | vlnové délky nm). |

| (vysokofrekvenční nepřetržitá aktualizace | |

| Diskrétní obraz | Infračervené a rentgenové |

(rozdělení do bodů). ionizující záření. |

V budoucnu budeme jako hlavní faktory vlivu SWO na zdraví uvažovat pouze faktory expozice elektromagnetickému poli obrazovky.

Kromě monitoru a systémové jednotky může osobní počítač obsahovat i velké množství dalších zařízení (jako jsou tiskárny, skenery, přepěťové ochrany atd.). Všechna tato zařízení pracují s využitím elektrického proudu, jsou tedy zdroji elektromagnetického pole. Následující tabulka ukazuje elektromagnetické prostředí v blízkosti počítače (příspěvek monitoru není v této tabulce zohledněn, jak bylo uvedeno výše):

| Zdroj | Generovaný frekvenční rozsah |

| | elektromagnetické pole |

| Sestava systémové jednotky. |. |

| Vstupně-výstupní zařízení (tiskárny, | Hz. |

skenery, disketové jednotky atd.). | |

Zdroje nepřerušitelného napájení |. |

| přepěťové ochrany a stabilizátory. | |

Elektromagnetické pole osobních počítačů má složité vlnové a spektrální složení a je obtížné jej měřit a kvantifikovat. Má magnetické, elektrostatické a radiační složky (zejména elektrostatický potenciál osoby sedící před monitorem se může pohybovat od –3 do +5 V). Vzhledem k tomu, že osobní počítače jsou dnes aktivně využívány ve všech odvětvích lidské činnosti, je jejich vliv na lidské zdraví předmětem pečlivého studia a kontroly.

3.5 Televizní a rozhlasové vysílací stanice.

Na území Ruska se v současné době nachází značný počet rozhlasových stanic a středisek různých afilací.

Vysílací stanice a střediska se nacházejí ve speciálně určených oblastech a mohou zabírat poměrně velká území (až 1000 hektarů). Svou strukturou zahrnují jednu nebo několik technických budov, kde jsou umístěny rádiové vysílače, a anténní pole, na kterých je umístěno až několik desítek anténních napájecích systémů (AFS). Každý systém obsahuje vyzařovací anténu a napájecí vedení, které přivádí vysílaný signál.

Elektromagnetické pole vyzařované anténami rozhlasových středisek má složité spektrální složení a individuální rozložení intenzit v závislosti na konfiguraci antén, terénu a architektuře přilehlých budov. Některá zprůměrovaná data pro různé typy rozhlasových vysílacích středisek jsou uvedeny v tabulce:

centrum. elektrické | magnetické pole | |

| | pole, V/m. | A/m | |

| DV - rozhlasové stanice | 630 | 1,2 | Nejvyšší napětí |

| kHz, | | Vzdálenosti menší než 1 délka |

| 500 kW). | | | |

| vysílače 50 - | | elektrické pole. |

| 200 kW). | | | |

| HF - radiostanice | 44 | 0,12 | Vysílače mohou být |

| MHz, | | | hustě zastavěné |

| 100 kW). | | | |

| Televize | 15 |<нет данных>Vysílače obvykle |

| MHz, | | | úroveň budovy. |

3.6 Satelitní a mobilní komunikace.

3.6.1 Satelitní komunikace.

Družicové komunikační systémy se skládají z vysílací stanice na Zemi a cestovatelů - opakovačů na oběžné dráze. Vysílací stanice satelitní komunikace vysílají úzce směrovaný vlnový paprsek, ve kterém hustota energetického toku dosahuje stovek W/m. Satelitní komunikační systémy vytvářejí vysokou intenzitu elektromagnetického pole ve značných vzdálenostech od antén. Například stanice o výkonu 225 kW pracující na frekvenci 2,38 GHz generuje hustotu energetického toku 2,8 W/m2 na vzdálenost 100 km. Ztráta energie vzhledem k hlavnímu paprsku je velmi malá a vyskytuje se především v bezprostřední blízkosti antény.

3.6.2 Mobilní komunikace.

Buněčná radiotelefonie je dnes jedním z nejrychleji se rozvíjejících telekomunikačních systémů. Základními prvky celulárního komunikačního systému jsou základnové stanice a mobilní radiotelefony. Základnové stanice udržují rádiovou komunikaci s mobilními zařízeními, v důsledku čehož jsou zdrojem elektromagnetického pole. Systém využívá principu rozdělení oblasti pokrytí na zóny, neboli tzv. „buňky“, o poloměru km. Následující tabulka uvádí hlavní charakteristiky mobilních komunikačních systémů provozovaných v Rusku:

| | | | | Út | km. |

| NMT450. | |

| Analogové. | 5] | 5] | | | |

| AMPS. ||| 100 | 0,6 | |

| DAMPS (IS - ||| 50 | 0,2 | |

|136). | | | | | |

| CDMA. ||| 100 | 0,6 | |

| GSM - 900. ||| 40 | 0,25 | |

| GSM - 1800. | |

| Digitální. | 0] | 5] | | | |

Intenzita záření základnové stanice je určena zátěží, to znamená přítomností majitelů mobilních telefonů v oblasti služeb konkrétní základnové stanice a jejich přáním používat telefon pro konverzaci, což zase zásadně závisí na denní době, umístění stanice, dni v týdnu a dalších faktorech. V noci je zatížení stanic prakticky nulové. Intenzita záření mobilních zařízení závisí do značné míry na stavu komunikačního kanálu "mobilní radiotelefon - základnová stanice" (čím větší vzdálenost od základnové stanice, tím vyšší je intenzita záření zařízení).

3.7 Elektrická doprava.

Elektrická doprava (trolejbusy, tramvaje, soupravy metra atd.) je silným zdrojem elektromagnetického pole v kmitočtovém rozsahu Hz. Trakční motor přitom v drtivé většině případů působí jako hlavní emitor (u trolejbusů a tramvají vzduchové kolektory co do intenzity vyzařovaného elektrického pole konkurují elektromotoru). Tabulka obsahuje údaje o naměřené hodnotě magnetické indukce pro některé druhy elektrického transportu:

| Způsob dopravy a rod | Průměrná hodnota | Maximální hodnota |

| spotřebovaný proud. magnetická indukce, μT. | velikost magnetické |

| | | indukce, μT. |

| Příměstské elektrické vlaky. | 20 | 75 |

| Elektrická doprava s | 29 | 110 |

DC pohon | | |

| (elektromobily atd.). | | |

3.8 Instalace radarů.

Radarové a radarové instalace mají obvykle antény typu reflektoru ("talíře") a vyzařují úzký radiový paprsek.

Periodický pohyb antény v prostoru vede k prostorové diskontinuitě záření. Dochází také k dočasné diskontinuitě záření v důsledku cyklického provozu radaru na záření. Pracují na frekvencích od 500 MHz do 15 GHz, ale některé speciální instalace mohou pracovat na frekvencích až 100 GHz nebo více. Díky speciální povaze záření mohou na zemi vytvářet oblasti s vysokou hustotou energetického toku (100 W / m2 nebo více).

4. Vliv elektromagnetického pole na individuální zdraví člověka.

Lidské tělo vždy reaguje na vnější elektromagnetické pole. Vzhledem k různému složení vln a dalším faktorům ovlivňuje elektromagnetické pole různých zdrojů lidské zdraví různým způsobem. V důsledku toho budou v této části účinky různých zdrojů na zdraví posuzovány samostatně. Pole umělých zdrojů, ostře nesouhlasné s přirozeným elektromagnetickým pozadím, má však téměř ve všech případech negativní dopad na zdraví lidí v zóně svého vlivu.

Rozsáhlé studie vlivu elektromagnetických polí na zdraví byly u nás zahájeny v 60. letech. Bylo zjištěno, že nervový systém člověka je citlivý na elektromagnetické vlivy, a také, že pole má tzv. informační efekt při vystavení osobě v intenzitách pod prahovou hodnotou tepelného efektu (hodnota intenzity pole, při které začíná se projevovat jeho tepelný účinek).

V následující tabulce jsou uvedeny nejčastější stížnosti na zhoršení zdravotního stavu lidí v oblasti zasažené polem různých zdrojů. Pořadí a číslování zdrojů v tabulce odpovídá jejich pořadí a číslování přijatým v části 3:

| Zdroj | Nejčastější stížnosti. |

| elektromagnetické | |

| 1. Čáry | Krátkodobé ozáření (řádově několik minut) je schopné |

elektrické vedení (elektrické vedení). | vést k negativní reakci pouze u zvláště citlivých |

| | lidé nebo pacienti s určitými typy alergií |

| | nemoci. Delší expozice obvykle vede k |

| různé patologické stavy kardiovaskulárního a nervové soustavy |

| | (kvůli nerovnováze v subsystému nervové regulace). Když |

| | superdlouhé (asi 10–20 let) nepřetržité ozařování |

| | možný (podle neověřených údajů) vývoj některých | |

| | onkologická onemocnění. |

| 2. Interní | Aktuální údaje o stížnostech na zhoršení |

| elektrické rozvody budov | zdravotnictví, přímo související s prací vnitřní |

| a struktury. | elektrické sítě nejsou k dispozici. |

| 3. Domácnost | Existují neověřené údaje o kožních potížích, |

| elektrické spotřebiče. kardiovaskulární a nervové patologie s dlouhodobými |

| | systematické používání starých mikrovlnných trub |

| | modely (do verze 1995). Existují také podobné |

| | údaje o používání mikrovlnných trub všechny |

| | modely ve výrobních podmínkách (například pro zahřátí |

| | jídlo v kavárně). Kromě mikrovlnných trub existují údaje o |

| | negativní dopad na zdraví lidí s televizorem v |

| jako zařízení pro vizualizaci katodové trubice. |

Elektromagnetické pole, zvláštní forma hmoty. Interakce mezi nabitými částicemi se provádí pomocí elektromagnetického pole.

Chování elektromagnetického pole studuje klasická elektrodynamika. Elektromagnetické pole je popsáno Maxwellovými rovnicemi, které spojují veličiny charakterizující pole s jeho zdroji, tedy s náboji a proudy rozmístěnými v prostoru. Elektromagnetické pole stacionárních nebo rovnoměrně se pohybujících nabitých částic je s těmito částicemi nerozlučně spojeno; při zrychleném pohybu částic se od nich elektromagnetické pole „odtrhne“ a existuje samostatně ve formě elektromagnetických vln.

Z Maxwellových rovnic vyplývá, že střídavé elektrické pole generuje magnetické a střídavé magnetické pole generuje elektrické, takže elektromagnetické pole může existovat i bez nábojů. Generování elektromagnetického pole střídavým magnetickým polem a magnetického pole střídavým elektrickým vede k tomu, že elektrická a magnetická pole neexistují odděleně, nezávisle na sobě. Elektromagnetické pole je tedy druh hmoty, který je ve všech bodech určován dvěma vektorovými veličinami, které charakterizují jeho dvě složky – „elektrické pole“ a „magnetické pole“, a vyvíjející silový účinek na nabité částice v závislosti na jejich rychlosti a rychlosti. velikost jejich náboje.

Elektromagnetické pole ve vakuu, tedy ve volném stavu, nespojeném s částicemi hmoty, existuje ve formě elektromagnetických vln a šíří se ve vakuu v nepřítomnosti velmi silných gravitačních polí rychlostí, stejnou rychlost Sveta C= 2,998. 108 m/s. Takové pole je charakterizováno intenzitou elektrického pole E a magnetickou indukci PROTI... K popisu elektromagnetického pole v médiu se také používají hodnoty elektrické indukce D a sílu magnetického pole N... Ve hmotě, stejně jako v přítomnosti velmi silných gravitačních polí, tj. v blízkosti velmi velkých hmot hmoty, je rychlost šíření elektromagnetického pole menší než C.

Složky vektorů charakterizujících elektromagnetické pole tvoří podle teorie relativity jediné Fyzické množství- tenzor elektromagnetického pole, jehož složky se při přechodu z jedné inerciální vztažné soustavy do druhé transformují v souladu s Lorentzovými transformacemi.

Elektromagnetické pole má energii a hybnost. Existence pulsu elektromagnetického pole byla poprvé experimentálně objevena v experimentech PN Lebeděva na měření tlaku světla v roce 1899. Elektromagnetické pole má vždy energii. Hustota energie elektromagnetického pole = 1/2 (ED + VN).

Elektromagnetické pole se šíří vesmírem. Hustota energetického toku elektromagnetického pole je určena Poitingovým vektorem S =, měrná jednotka W/m 2. Směr směrovacího vektoru je kolmý E a H a shoduje se se směrem šíření elektromagnetické energie. Jeho hodnota se rovná energii přenesené přes jednotku plochy kolmé k S za jednotku času. Hustota pulzů pole ve vakuu K = S/s2 =/s2.

Při vysokých frekvencích elektromagnetického pole se stávají podstatnými jeho kvantové vlastnosti a elektromagnetické pole lze považovat za tok polních kvant - fotonů. V tomto případě je popsáno elektromagnetické pole

V letech 1860-1865. jeden z největších fyziků 19. století James Clerk Maxwell vytvořil teorii elektromagnetické pole. Podle Maxwella je jev elektromagnetické indukce vysvětlen následovně. Pokud se v určitém bodě prostoru magnetické pole v čase změní, pak se tam vytvoří také elektrické pole. Pokud je v poli uzavřený vodič, pak v něm elektrické pole indukuje indukční proud. Z Maxwellovy teorie vyplývá, že je možný i opačný proces. Pokud se v určité oblasti prostoru mění elektrické pole v čase, pak zde vzniká také magnetické pole.

Jakákoli změna magnetického pole s časem tedy vede ke vzniku měnícího se elektrického pole a jakákoli změna elektrického pole s časem generuje měnící se magnetické pole. Tato střídající se elektrická a magnetická pole, která se navzájem generují, tvoří jediné elektromagnetické pole.

Vlastnosti elektromagnetického vlnění

Nejdůležitějším výsledkem, který vyplývá z Maxwellem formulované teorie elektromagnetického pole, je předpověď možnosti existence elektromagnetického vlnění. Elektromagnetická vlna - šíření elektromagnetických polí v prostoru a čase.

Elektromagnetické vlny se na rozdíl od elastických (zvukových) vln mohou šířit ve vakuu nebo jakékoli jiné látce.

Elektromagnetické vlny se ve vakuu šíří rychlostí c = 299 792 km/s, tedy rychlostí světla.

Ve hmotě je rychlost elektromagnetické vlny menší než ve vakuu. Vztah mezi vlnovou délkou, její rychlostí, periodou a frekvencí kmitů získaný pro mechanické vlny se také provádí pro elektromagnetické vlny:

Kolísání vektoru napětí E a vektor magnetické indukce B se vyskytují ve vzájemně kolmých rovinách a kolmých na směr šíření vlnění (vektor rychlosti).

Elektromagnetická vlna nese energii.

Rozsah elektromagnetických vln

Kolem nás je složitý svět elektromagnetických vln různých frekvencí: záření z počítačových monitorů, mobilních telefonů, mikrovlnných trub, televizorů atd. V současnosti jsou všechny elektromagnetické vlny rozděleny podle vlnové délky do šesti hlavních rozsahů.

Rádiové vlny- jedná se o elektromagnetické vlny (o vlnové délce 10 000 m až 0,005 m), sloužící k přenosu signálů (informací) na vzdálenost bez drátů. V rádiové komunikaci jsou rádiové vlny vytvářeny vysokofrekvenčními proudy procházejícími anténou.

Elektromagnetické záření o vlnové délce 0,005 m až 1 μm, tzn. ležící mezi rozsahem rádiových vln a rozsahem viditelného světla se nazývají infračervené záření... Infračervené záření je vyzařováno jakýmkoli zahřátým tělesem. Trouby, baterie, elektrické žárovky slouží jako zdroje infračerveného záření. Pomocí speciálních přístrojů lze infračervené záření přeměnit na viditelné světlo a získat snímky zahřátých předmětů v úplné tmě.

NA viditelné světlo se týká záření o vlnové délce asi 770 nm až 380 nm, od červené po fialovou. Význam této části spektra elektromagnetického záření v lidském životě je extrémně vysoký, protože člověk dostává téměř všechny informace o světě kolem sebe pomocí zraku.

Okem neviditelné elektromagnetické záření s vlnovou délkou menší než má fialové se nazývá ultrafialová radiace. Je schopen zabíjet bakterie způsobující onemocnění.

Rentgenové záření okem neviditelný. Prochází bez výrazné absorpce výraznými vrstvami látky, která je pro viditelné světlo neprůhledná, což se používá k diagnostice onemocnění vnitřních orgánů.

Gama záření se nazývá elektromagnetické záření emitované excitovanými jádry a vznikající interakcí elementárních částic.

Princip rádiové komunikace

Jako zdroj elektromagnetického vlnění se používá oscilační obvod. Pro účinné vyzařování se okruh „otevře“, tj. vytvořit podmínky pro to, aby pole „odešlo“ do vesmíru. Toto zařízení se nazývá otevřený oscilační obvod - anténa.

Rádiová komunikace se nazývá přenos informací pomocí elektromagnetického vlnění, jehož frekvence jsou v rozsahu od do Hz.

Radar (radar)

Zařízení, které vysílá ultrakrátké vlny a okamžitě je přijme. Záření se provádí v krátkých pulzech. Pulsy se odrážejí od objektů, což umožňuje po přijetí a zpracování signálu určit vzdálenost k objektu.

Rychlostní radar funguje podobným způsobem. Přemýšlejte o tom, jak radar detekuje rychlost jedoucího auta.

Elektromagnetická pole jsou střídající se elektrická a magnetická pole, která se navzájem generují.
Teorii elektromagnetického pole vytvořil James Maxwell v roce 1865.

Teoreticky dokázal, že:
jakákoli změna magnetického pole s časem vede ke vzniku měnícího se elektrického pole a jakákoli změna elektrického pole s časem generuje měnící se magnetické pole.
Pohybují-li se elektrické náboje se zrychlením, pak se jimi vytvářené elektrické pole periodicky mění a samo vytváří v prostoru střídavé magnetické pole atd.

Zdroje elektromagnetického pole mohou být:
- pohyblivý magnet;
- elektrický náboj pohybující se se zrychlením nebo kmitáním (na rozdíl od náboje pohybujícího se konstantní rychlostí zde např. u stejnosměrného proudu ve vodiči vzniká konstantní magnetické pole).

Kolem elektrického náboje vždy existuje elektrické pole, v jakékoli vztažné soustavě, magnetickém poli - v poli, vůči kterému se elektrické náboje pohybují.
Elektromagnetické pole existuje v referenčním rámci, vzhledem k němuž se elektrické náboje pohybují se zrychlením.

VYZKOUŠEJTE ŘEŠENÍ

Kus jantaru se otíral o látku a nabíjel statickou elektřinou. Jaké pole lze nalézt kolem nehybného jantaru? Kolem pohyblivého?

Nabité těleso je vzhledem k povrchu Země v klidu. Vozidlo se vzhledem k zemi pohybuje rovnoměrně a přímočaře. Je možné detekovat konstantní magnetické pole v referenčním rámci spojeném s autem?

Jaké pole vzniká kolem elektronu, pokud: je v klidu; pohybuje se konstantní rychlostí; pohybuje se zrychlením?

V CRT se vytváří proud rovnoměrně se pohybujících elektronů. Je možné detekovat magnetické pole v referenční soustavě spojené s jedním z pohybujících se elektronů?

ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY

Elektromagnetické vlny jsou elektromagnetické pole, které se šíří v prostoru konečnou rychlostí v závislosti na vlastnostech prostředí.

Vlastnosti elektromagnetických vln:
- šířit se nejen ve hmotě, ale i ve vakuu;
- šíří se ve vakuu rychlostí světla (C = 300 000 km/s);
- jedná se o příčné vlny;
- jedná se o putující vlny (přenos energie).

Zrychlené pohybující se elektrické náboje jsou zdrojem elektromagnetických vln.
Oscilace elektrických nábojů jsou doprovázeny elektromagnetickým zářením o frekvenci rovné frekvenci oscilací nábojů.

ELEKTROMAGNETICKÁ VLnová stupnice

Celý prostor kolem nás je prostoupen elektromagnetickým zářením. Slunce, tělesa kolem nás, antény vysílačů vysílají elektromagnetické vlny, které podle frekvence kmitání nesou různá jména.

Rádiové vlny jsou elektromagnetické vlny (o vlnové délce více než 10 000 m až 0,005 m), používané k přenosu signálů (informací) na vzdálenost bez drátů.
V rádiové komunikaci jsou rádiové vlny vytvářeny vysokofrekvenčními proudy procházejícími anténou.
Rádiové vlny různých délek se šíří různými způsoby.

Elektromagnetické záření s vlnovou délkou menší než 0,005 m, ale větší než 770 nm, tedy ležící mezi rádiovou vlnovou délkou a oblastí viditelného světla, se nazývá infračervené záření (IR).
Infračervené záření je vyzařováno jakýmkoli zahřátým tělesem. Zdrojem infračerveného záření jsou trouby, baterie pro ohřev vody, elektrické žárovky. Pomocí speciálních přístrojů lze infračervené záření přeměnit na viditelné světlo a získat snímky zahřátých předmětů v úplné tmě. Infračervené záření se používá k sušení lakovaných výrobků, stěn budov, dřeva.

Viditelné světlo označuje záření o vlnové délce přibližně 770nm až 380nm, od červeného po fialové světlo. Hodnoty této části spektra elektromagnetického záření v životě člověka jsou extrémně vysoké, protože člověk dostává téměř všechny informace o světě kolem sebe pomocí zraku. Světlo je předpokladem pro rozvoj zelených rostlin a tedy předpokladem existence života na Zemi.

Okem neviditelné elektromagnetické záření o dlouhé vlnové délce je menší než záření fialové, nazývané ultrafialové záření (UV).Ultrafialové záření je schopné zabíjet škodlivé bakterie, proto je široce používáno v lékařství. Ultrafialové záření v kompozici sluneční světlo způsobuje biologické procesy vedoucí ke ztmavnutí lidské kůže – opalování. Výbojky se používají jako zdroje ultrafialového záření v lékařství. Trubky takových lamp jsou vyrobeny z křemene, který je průhledný pro ultrafialové paprsky; proto se tyto lampy nazývají křemenné lampy.

Rentgenové záření (Re) je pro az neviditelné. Procházejí bez výrazné absorpce významnými vrstvami látky, která je pro viditelné světlo neprůhledná. Rentgenové záření je detekováno jejich schopností vyvolat určitou záři z určitých krystalů a působit na fotografický film. Schopnost rentgenového záření pronikat silnými vrstvami látek se využívá k diagnostice onemocnění vnitřních orgánů člověka.

Elektromagnetické pole je druh hmoty, která vzniká kolem pohybujících se nábojů. Například kolem vodiče s proudem. Elektromagnetické pole se skládá ze dvou složek: elektrického a magnetického pole. Nemohou existovat nezávisle na sobě. Z jedné věci vzniká druhá. Při změně elektrického pole se okamžitě objeví magnetické. Rychlost šíření elektromagnetických vln V = C/EM kde E a m respektive magnetickou a dielektrickou permeabilitu prostředí, ve kterém se vlna šíří. Elektromagnetická vlna se ve vakuu šíří rychlostí světla, tedy 300 000 km/s. Protože dielektrická a magnetická permeabilita vakua je považována za rovnou 1. Při změně elektrického pole vzniká magnetické pole. Protože elektrické pole, které to způsobilo, není konstantní (to znamená, že se mění v čase), bude magnetické pole také proměnlivé. Měnící se magnetické pole zase vytváří elektrické pole a tak dále. Pro následující pole (je jedno, zda je elektrické nebo magnetické) tedy bude zdrojem předchozí pole, nikoli původní zdroj, tedy vodič s proudem. Tedy i po vypnutí proudu ve vodiči bude elektromagnetické pole nadále existovat a bude se šířit prostorem. Elektromagnetická vlna se od svého zdroje šíří prostorem všemi směry. Můžete si představit rozsvícení žárovky, paprsky světla z ní se šíří všemi směry. Když se elektromagnetická vlna šíří, přenáší energii prostorem. Čím silnější je proud ve vodiči způsobujícím pole, tím větší je energie přenášená vlnou. Také energie závisí na frekvenci emitovaných vln, při nárůstu 2,3,4krát se energie vln zvýší o 4,9,16krát, resp. To znamená, že energie šíření vlny je úměrná druhé mocnině frekvence. Nejlepší podmínky pro šíření vln jsou vytvořeny, když je délka vodiče rovna vlnové délce. Magnetické a elektrické siločáry budou letět vzájemně kolmo. Magnetické siločáry pokrývají proudový vodič a jsou vždy uzavřeny. Elektrické siločáry jdou z jednoho náboje do druhého. Elektromagnetická vlna je vždy střižná vlna. To znamená, že siločáry, magnetické i elektrické, leží v rovině kolmé ke směru šíření. Síla elektromagnetického pole je charakteristická síla pole. Také napětí, vektorová veličina, to znamená, že má začátek a směr. Síla pole směřuje tangenciálně k siločarám. Protože síla elektrického a magnetického pole je na sebe kolmá, existuje pravidlo, podle kterého lze určit směr šíření vln. Když se šroub otáčí po nejkratší dráze od vektoru síly elektrického pole k vektoru síly magnetického pole, bude translační pohyb šroubu indikovat směr šíření vlny.

Magnetické pole a jeho vlastnosti. Když elektrický proud prochází vodičem, a magnetické pole. Magnetické pole představuje jeden z typů hmoty. Disponuje energií, která se projevuje ve formě elektromagnetických sil působících na jednotlivé pohybující se elektrické náboje (elektrony a ionty) a na jejich toky, tedy elektrický proud. Pohybující se nabité částice se vlivem elektromagnetických sil odchylují od své původní dráhy ve směru kolmém k poli (obr. 34). Vzniká magnetické pole pouze kolem pohybujících se elektrických nábojů a jeho působení se také vztahuje pouze na pohybující se náboje. Magnetická a elektrická pole neoddělitelné a tvoří jeden celek elektromagnetické pole... Každá změna elektrické pole vede ke vzniku magnetického pole a naopak každá změna magnetického pole je doprovázena vznikem elektrického pole. Elektromagnetické pole se šíří rychlostí světla, tedy 300 000 km/s.

Grafické znázornění magnetického pole. Graficky je magnetické pole znázorněno magnetickými siločárami, které jsou nakresleny tak, že směr siločáry v každém bodě pole se shoduje se směrem sil pole; magnetické siločáry jsou vždy spojité a uzavřené. Směr magnetického pole v každém bodě lze určit pomocí magnetické šipky. Severní pól šipky je vždy nastaven ve směru sil pole. Konec permanentního magnetu, ze kterého vycházejí siločáry (obr. 35, a), se považuje za severní pól a opačný konec, do kterého siločáry vstupují, je jižní pól (tzv. siločáry procházející magnetem nejsou znázorněny). Rozložení siločar mezi póly plochého magnetu lze detekovat pomocí ocelových pilin nasypaných na list papíru umístěný na pólech (obr. 35, b). Magnetické pole ve vzduchové mezeře mezi dvěma rovnoběžnými protilehlými póly permanentního magnetu se vyznačuje rovnoměrným rozložením magnetických siločar (obr. 36)