Schmelev V.E., sbitnev S.A. Theoretische Grundlagen der Elektrotechnik

1. Einleitung. Studienfach Valeologie.

3. Die Hauptquellen des elektromagnetischen Feldes.

5. Methoden zum Schutz der menschlichen Gesundheit vor elektromagnetischen Wirkungen.

6. Liste der verwendeten Materialien und Literatur.

1. Einleitung. Studienfach Valeologie.

1.1 Einleitung.

Valeologie - von lat. "Valeo" - "Hallo" - wissenschaftliche Disziplin Untersuchung der individuellen Gesundheit eines gesunden Menschen. Der grundlegende Unterschied zwischen der Valeologie und anderen Disziplinen (insbesondere der praktischen Medizin) liegt gerade in der individuellen Herangehensweise an die Beurteilung der Gesundheit jedes einzelnen Faches (ohne Berücksichtigung der allgemeinen und gemittelten Daten für jede Gruppe).

Erstmals wurde die Valeologie als wissenschaftliche Disziplin 1980 offiziell registriert. Ihr Gründer war der russische Wissenschaftler I.I. Brekhman, der an der Staatlichen Universität Wladiwostok arbeitete.

Derzeit entwickelt sich die neue Disziplin aktiv, wissenschaftliche Arbeiten häufen sich und praxisnahe Forschung wird aktiv betrieben. Allmählich erfolgt ein Übergang vom Status einer wissenschaftlichen Disziplin in den Status einer eigenständigen Wissenschaft.

1.2 Studienfach Valeologie.

Gegenstand des Studiums der Valeologie ist die individuelle Gesundheit eines gesunden Menschen und deren Einflussfaktoren. Die Valeologie beschäftigt sich auch mit der Systematisierung eines gesunden Lebensstils unter Berücksichtigung der Individualität eines bestimmten Themas.

Die derzeit gebräuchlichste Definition des Begriffs „Gesundheit“ ist die von Experten der Weltgesundheitsorganisation (WHO) vorgeschlagene Definition:

Gesundheit ist ein Zustand des körperlichen, geistigen und sozialen Wohlbefindens.

Die moderne Valeologie identifiziert die folgenden Hauptmerkmale der individuellen Gesundheit:

1. Leben ist die komplexeste Manifestation der Existenz von Materie, die in ihrer Komplexität verschiedene physikalische, chemische und biologische Reaktionen übertrifft.

2. Homöostase ist ein quasi-statischer Zustand von Lebensformen, gekennzeichnet durch Variabilität in relativ langen Zeitintervallen und praktische Statik in kleinen.

3. Anpassung - die Eigenschaft von Lebensformen, sich an veränderte Existenzbedingungen und Überlastungen anzupassen. Bei Anpassungsstörungen oder zu abrupten und radikalen Zustandsänderungen kommt es zu Fehlanpassungen - Stress.

4. Phänotyp - eine Kombination von Umweltfaktoren, die die Entwicklung eines lebenden Organismus beeinflussen. Auch der Begriff "Phänotyp" charakterisiert die Gesamtheit der Merkmale der Entwicklung und Physiologie des Organismus.

5. Genotyp - eine Kombination von erblichen Faktoren, die die Entwicklung eines lebenden Organismus beeinflussen, die eine Kombination des genetischen Materials der Eltern sind. Wenn deformierte Gene von den Eltern übertragen werden, treten erbliche Pathologien auf.

6. Lebensstil - eine Reihe von Verhaltensstereotypen und -normen, die einen bestimmten Organismus charakterisieren.

Gesundheit (wie von der WHO definiert).

2. Elektromagnetisches Feld, seine Typen, Eigenschaften und Klassifizierung.

2.1 Grundlegende Definitionen. Arten von Elektro Magnetfeld.

Ein elektromagnetisches Feld ist eine besondere Form von Materie, durch die die Wechselwirkung zwischen elektrisch geladenen Teilchen erfolgt.

Elektrisches Feld - erzeugt durch elektrische Ladungen und geladene Teilchen im Weltraum. Die Abbildung zeigt ein Bild der Kraftlinien (imaginäre Linien zur Visualisierung der Felder) des elektrischen Felds für zwei ruhende geladene Teilchen:

Magnetfeld - entsteht, wenn sich elektrische Ladungen entlang eines Leiters bewegen. Das Bild der Feldlinien des Feldes für einen einzelnen Leiter ist in der Abbildung dargestellt:

Physische Existenzgründe elektromagnetisches Feld ist, dass ein sich zeitlich änderndes elektrisches Feld ein magnetisches Feld erregt und ein sich änderndes magnetisches Feld – ein elektrisches Wirbelfeld. Durch kontinuierliche Veränderung unterstützen beide Komponenten die Existenz eines elektromagnetischen Feldes. Das Feld eines stationären oder sich gleichmäßig bewegenden Teilchens ist untrennbar mit dem Träger (geladenen Teilchen) verbunden.

Bei der beschleunigten Bewegung von Trägern "bricht" sich jedoch das elektromagnetische Feld von ihnen und existiert in der Umgebung unabhängig in Form einer elektromagnetischen Welle, ohne mit der Entfernung des Trägers zu verschwinden (z der Strom verschwindet (die Bewegung von Trägern - Elektronen) in der Antenne, die sie aussendet).

2.2 Haupteigenschaften des elektromagnetischen Feldes.

Das elektrische Feld wird durch die Stärke des elektrischen Feldes charakterisiert (Bezeichnung "E", SI-Maß - V / m, Vektor). Das Magnetfeld wird durch die Stärke des Magnetfeldes charakterisiert (Bezeichnung "H", SI-Dimension - A/m, Vektor). Üblicherweise wird der Modul (Länge) des Vektors gemessen.

Elektromagnetische Wellen werden durch die Wellenlänge (Bezeichnung "(", SI-Dimension - m), ihre emittierende Quelle - Frequenz (Bezeichnung - "(", SI-Dimension - Hz) charakterisiert. In Abbildung E - Vektor der elektrischen Feldstärke, H - Vektor der magnetischen Feldstärke ...

Bei Frequenzen von 3 - 300 Hz kann auch der Begriff der magnetischen Induktion (Bezeichnung "B", SI-Maß - T) als Kennlinie des Magnetfeldes verwendet werden.

2.3 Klassifizierung elektromagnetischer Felder.

Am gebräuchlichsten ist die sogenannte "zonale" Klassifizierung elektromagnetischer Felder nach dem Grad der Entfernung von der Quelle / dem Träger.

Nach dieser Klassifikation wird das elektromagnetische Feld in „nahe“ und „ferne“ Zonen unterteilt. Die "nahe" Zone (manchmal Induktionszone genannt) erstreckt sich bis zu einer Entfernung von der Quelle von 0-3, die erzeugte elektromagnetische Welle ist noch nicht vollständig ausgebildet.

Die „ferne“ Zone ist die Zone der gebildeten elektromagnetischen Welle. Dabei nimmt die Feldstärke umgekehrt proportional zum Abstand zur Quelle ab. In dieser Zone gilt der experimentell ermittelte Zusammenhang zwischen den Stärken der elektrischen und magnetischen Felder:

wobei 377 eine konstante Wellenimpedanz von Vakuum ist, Ohm.

Elektromagnetische Wellen werden normalerweise nach ihrer Frequenz klassifiziert:

| Extrem niedrig, | Hz | Dekamegameter | Mm |

| Ultra-niedrig, VLF | Hz | Megameter | Mm |

| Sehr niedrig, VLF | KHz | Myriameter | km |

| Niedrige Frequenzen, Bass | KHz | Kilometer | km |

| Durchschnitt, Mitteltöner | MHz | Hektometrische | km |

| Hoch, HF | MHz | Dekameter | m |

| Sehr hoch, UKW | MHz | Meter | m |

| Ultrahoch, UHF | GHz | Dezimeter | m |

| Superhigh, Mikrowelle | | GHz | Zentimeter | cm |

| Extrem hoch, | GHz | Millimeter | mm |

Gemessen wird meist nur die elektrische Feldstärke E. Bei Frequenzen über 300 MHz wird manchmal auch die Wellenenergieflussdichte oder der Poyting-Vektor (Bezeichnung "S", SI-Maß - W/m2) gemessen.

3. Die Hauptquellen des elektromagnetischen Feldes.

Die Hauptquellen des elektromagnetischen Feldes sind:

Stromleitungen.

Elektrische Verkabelung (innerhalb von Gebäuden und Bauwerken).

Elektrische Haushaltsgeräte.

Persönliche Computer.

Fernseh- und Rundfunksender.

Satelliten- und Mobilfunkkommunikation (Geräte, Repeater).

Elektrischer Transport.

Radaranlagen.

3.1 Stromleitungen (PTL).

Die Drähte einer Betriebsstromleitung erzeugen im angrenzenden Raum (in Abständen von mehreren zehn Metern vom Draht) ein elektromagnetisches Feld mit industrieller Frequenz (50 Hz). Darüber hinaus kann die Feldstärke in der Nähe der Leitung je nach elektrischer Belastung in weiten Bereichen variieren. Die Normen legen die Grenzen von sanitären Schutzzonen in der Nähe von Stromleitungen fest (nach SN 2971-84):

| Betriebsspannung | 330 und darunter | 500 | 750 | 1150 |

| Größe | 20 | 30 | 40 | 55 |

(Tatsächlich werden die Grenzen der sanitären Schutzzone entlang der Grenzlinie festgelegt, die am weitesten von den Drähten der maximalen elektrischen Feldstärke von 1 kV / m entfernt ist).

3.2 Verkabelung

Die elektrische Verkabelung umfasst: Stromkabel für Gebäude-Lebenserhaltungssysteme, Stromverteilungskabel sowie Abzweigfelder, Stromkästen und Transformatoren. Elektrische Leitungen sind die Hauptquelle elektromagnetischer Felder mit Netzfrequenz in Wohngebäuden. In diesem Fall ist die Intensität des von der Quelle emittierten elektrischen Felds oft relativ gering (überschreitet 500 V / m nicht).

3.3 Elektrische Haushaltsgeräte.

Alle Haushaltsgeräte, die elektrischen Strom verwenden, sind Quellen elektromagnetischer Felder. Dabei variiert die Strahlungsleistung je nach Modell, Gerätegerät und spezifischer Betriebsart im weiten Bereich. Auch hängt die Strahlungsstärke stark von der Leistungsaufnahme des Gerätes ab – je höher die Leistung, desto höher die Stärke des elektromagnetischen Feldes während des Betriebs des Gerätes. Die elektrische Feldstärke in der Nähe von Haushaltsgeräten überschreitet nicht mehrere zehn V / m.

Die folgende Tabelle zeigt die maximal zulässigen Werte der magnetischen Induktion für die stärksten Magnetfeldquellen unter den elektrischen Haushaltsgeräten:

| Gerät | Intervall der maximal zulässigen | |

| | Werte der magnetischen Induktion, μT |

| Kaffeemaschine | |

| Waschmaschine | |

| Eisen | |

| Staubsauger | |

| Elektroherd | |

| Lampe "Tageslicht" (Leuchtstofflampen LTP, | |

| Bohrmaschine (Elektromotor | |

| Leistung W) | |

| Elektrischer Mixer (Elektromotorleistung | |

| W) | |

| Fernseher | |

| Mikrowelle (Induktion, Mikrowelle) | |

3.4 Personalcomputer.

Die Hauptquelle gesundheitsschädlicher Auswirkungen auf einen Computerbenutzer ist die visuelle Anzeigeeinrichtung (VSS) des Monitors. In den meisten modernen Monitoren ist der CBO eine Kathodenstrahlröhre. Die Tabelle listet die Hauptfaktoren der Auswirkungen von WAS auf die Gesundheit auf:

| Ergonomisch | Einflussfaktoren elektromagnetischer |

| | Feld der Kathodenstrahlröhre |

| Deutlicher Kontrastabfall | Elektromagnetisches Feld in der Frequenz |

| wiedergegebenes Bild im | MHz-Bereich. |

| externe Bildschirmhintergrundbeleuchtung mit direkter Strahlung | |

| Licht. | |

| Spiegelnde Reflexion von Lichtstrahlen von | Elektrostatische Aufladung auf der Oberfläche |

| Bildschirmoberfläche (Glanz). | Monitorbildschirm. |

| Zeichentrickfigur | Ultraviolette Strahlung (Reichweite |

| Bildwiedergabe | Wellenlängen nm). |

| (hochfrequentes kontinuierliches Update | |

| Diskretes Bild | Infrarot und Röntgen |

| (Unterteilung in Punkte). | ionisierende Strahlung. |

In Zukunft werden wir als Hauptfaktoren der Auswirkungen von SWO auf die Gesundheit nur die Faktoren der Exposition gegenüber dem elektromagnetischen Feld der Kathodenstrahlröhre betrachten.

Ein Personal Computer kann neben dem Monitor und der Systemeinheit auch eine Vielzahl anderer Geräte (wie Drucker, Scanner, Überspannungsschutz usw.) enthalten. Alle diese Geräte arbeiten mit elektrischem Strom, das heißt, sie sind Quellen eines elektromagnetischen Feldes. Die folgende Tabelle zeigt die elektromagnetische Umgebung in der Nähe des Computers (der Beitrag des Monitors wird in dieser Tabelle nicht berücksichtigt, wie bereits erwähnt):

| Quelle | Erzeugter Frequenzbereich |

| | elektromagnetisches Feld |

| Montage der Systemeinheit. |. |

| Eingabe-Ausgabe-Geräte (Drucker, | Hz. |

| Scanner, Diskettenlaufwerke usw.). | |

| Unterbrechungsfreie Stromversorgungen, |. |

| Überspannungsschutz und Stabilisatoren. | |

Das elektromagnetische Feld von Personalcomputern hat eine komplexe Wellen- und Spektralzusammensetzung und ist schwer zu messen und zu quantifizieren. Er hat magnetische, elektrostatische und Strahlungsanteile (insbesondere das elektrostatische Potential einer vor dem Monitor sitzenden Person kann von –3 bis +5 V reichen). Unter der Bedingung, dass PCs heute in allen Bereichen der menschlichen Tätigkeit aktiv eingesetzt werden, unterliegen ihre Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit einer sorgfältigen Untersuchung und Kontrolle.

3.5 Fernseh- und Rundfunksender.

Auf dem Territorium Russlands befindet sich derzeit eine beträchtliche Anzahl von Radiosendern und Zentren verschiedener Zugehörigkeiten.

Sendestationen und -zentren befinden sich in speziell ausgewiesenen Gebieten und können ziemlich große Gebiete einnehmen (bis zu 1000 Hektar). Sie umfassen strukturell ein oder mehrere technische Gebäude, in denen sich Funksender befinden, und Antennenfelder, auf denen sich bis zu mehreren Dutzend Antenneneinspeisesysteme (AFS) befinden. Jedes System enthält eine strahlende Antenne und eine Speiseleitung, die das Rundfunksignal speist.

Das von Antennen von Rundfunkzentren abgestrahlte elektromagnetische Feld weist eine komplexe spektrale Zusammensetzung und individuelle Intensitätsverteilung auf, abhängig von der Konfiguration der Antennen, dem Gelände und der Architektur der angrenzenden Gebäude. Einige gemittelte Daten für verschiedene Arten von Hörfunkzentren sind in der Tabelle aufgeführt:

| | Felder, V / m. | A/m. | |

| DV - Radiosender | 630 | 1,2 | Die höchste Spannung |

|KHz, | | | Abstände kleiner als 1 Länge |

| 500kW). | | | |

| 200KW). | | | |

| HF - Radiosender | 44 | 0,12 | Sender können sein |

| MHz, | | | dicht aufgebaut |

| 100KW). | | | |

| MHz, | | | Gebäudeebene. |

3.6 Satelliten- und Mobilfunkkommunikation.

3.6.1 Satellitenkommunikation.

Satellitenkommunikationssysteme bestehen aus einer Sendestation auf der Erde und Reisenden - Repeatern im Orbit. Sendestationen für die Satellitenkommunikation senden einen eng gerichteten Wellenstrahl aus, bei dem die Energieflussdichte Hunderte von W / m erreicht. Satellitenkommunikationssysteme erzeugen in erheblichen Entfernungen von Antennen hohe elektromagnetische Feldstärken. Beispielsweise erzeugt eine 225-kW-Station mit 2,38 GHz eine Energieflussdichte von 2,8 W/m2 in einer Entfernung von 100 km. Die Energiedissipation relativ zum Hauptstrahl ist sehr gering und tritt vor allem in unmittelbarer Nähe der Antenne auf.

3.6.2 Mobilfunkkommunikation.

Mobilfunk ist heute eines der sich am schnellsten entwickelnden Telekommunikationssysteme. Die Grundelemente eines zellularen Kommunikationssystems sind Basisstationen und Mobilfunktelefone. Basisstationen unterhalten eine Funkkommunikation mit mobilen Geräten, wodurch sie Quellen eines elektromagnetischen Feldes sind. Das System verwendet das Prinzip, den Versorgungsbereich in Zonen oder sogenannte "Zellen" mit einem Radius von km zu unterteilen. Die folgende Tabelle zeigt die Hauptmerkmale der in Russland betriebenen Mobilfunksysteme:

| | | | | Di | km. |

| NMT450. | |

| Analog. | 5] | 5] | | | |

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

| DÄMPFE (IS - ||| 50 | 0,2 | |

|136). | | | | | |

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

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

|GSM - 1800. | |

| Digital. | 0] | 5] | | | |

Die Strahlungsintensität einer Basisstation wird durch die Belastung bestimmt, d. h. die Anwesenheit von Handybesitzern im Servicebereich einer bestimmten Basisstation und deren Wunsch, das Telefon für ein Gespräch zu verwenden, was wiederum grundsätzlich hängt von der Tageszeit, dem Standort der Station, dem Wochentag und anderen Faktoren ab. Nachts ist die Auslastung der Stationen praktisch null. Die Strahlungsintensität mobiler Geräte hängt stark vom Zustand des Kommunikationskanals "Mobilfunk - Basisstation" ab (je größer der Abstand zur Basisstation, desto höher die Strahlungsintensität des Gerätes).

3.7 Elektrotransport.

Der Elektroverkehr (Oberbusse, Straßenbahnen, U-Bahnen usw.) ist eine starke Quelle eines elektromagnetischen Feldes im Frequenzbereich von Hz. Gleichzeitig fungiert in den allermeisten Fällen der Fahrmotor als Hauptstrahler (bei Trolleybussen und Straßenbahnen konkurrieren Luftkollektoren hinsichtlich der Intensität des emittierten elektrischen Feldes mit dem Elektromotor). Die Tabelle enthält Angaben zum Messwert der magnetischen Induktion für einige Arten des elektrischen Transports:

| Verkehrsträger und Gattung | Durchschnittswert | Höchstwert |

| verbrauchter Strom. | magnetische Induktion, μT. | Größe des magnetischen |

| | | Induktion, μT. |

| Elektrische S-Bahnen | 20 | 75 |

| Elektrotransport mit | 29 | 110 |

| Gleichstromantrieb | | |

| (Elektroautos usw.). | | |

3.8 Radaranlagen.

Radar- und Radaranlagen haben in der Regel Reflektorantennen ("Dishes") und senden einen engstrahlenden Funkstrahl aus.

Die periodische Bewegung der Antenne im Raum führt zu einer räumlichen Diskontinuität der Strahlung. Es gibt auch eine vorübergehende Unterbrechung der Strahlung aufgrund des zyklischen Betriebs des Radars für Strahlung. Sie arbeiten mit Frequenzen von 500 MHz bis 15 GHz, aber einige spezielle Installationen können mit Frequenzen von bis zu 100 GHz oder mehr betrieben werden. Aufgrund der besonderen Beschaffenheit der Strahlung können sie am Boden Flächen mit einer hohen Energieflussdichte (100 W/m2 oder mehr) erzeugen.

4. Einfluss des elektromagnetischen Feldes auf die individuelle Gesundheit einer Person.

Der menschliche Körper reagiert immer auf ein äußeres elektromagnetisches Feld. Aufgrund der unterschiedlichen Wellenzusammensetzung und anderer Faktoren beeinflusst das elektromagnetische Feld verschiedener Quellen die menschliche Gesundheit auf unterschiedliche Weise. Daher werden in diesem Abschnitt die Auswirkungen verschiedener Quellen auf die Gesundheit getrennt betrachtet. Das Feld der künstlichen Quellen, das mit dem natürlichen elektromagnetischen Hintergrund stark im Widerspruch steht, wirkt sich jedoch in fast allen Fällen negativ auf die Gesundheit der Menschen im Einflussbereich aus.

Umfangreiche Studien zum Einfluss elektromagnetischer Felder auf die Gesundheit wurden in unserem Land in den 60er Jahren begonnen. Es wurde festgestellt, dass das menschliche Nervensystem empfindlich gegenüber elektromagnetischen Effekten ist und dass das Feld auch eine sogenannte Informationswirkung hat, wenn es einer Person in Intensitäten unterhalb des Schwellenwerts der thermischen Wirkung ausgesetzt wird (der Wert der Feldstärke, bei der seine thermische Wirkung beginnt sich zu manifestieren).

Die folgende Tabelle listet die häufigsten Beschwerden über die Verschlechterung des Gesundheitszustands der Menschen im betroffenen Gebiet aus verschiedenen Quellen auf. Die Reihenfolge und Nummerierung der Quellen in der Tabelle entspricht deren Reihenfolge und Nummerierung in Abschnitt 3:

| Quelle | Häufigste Beschwerden. |

| elektromagnetisch | |

| 1. Linien | Kurzzeitige Bestrahlung (in der Größenordnung von mehreren Minuten) kann |

| Stromleitungen (Stromleitungen). | führen nur bei besonders empfindlichen | . zu einer negativen Reaktion

| | Menschen oder Patienten mit bestimmten Arten von Allergien |

| | Krankheiten. Längere Exposition führt normalerweise zu |

| | verschiedene Pathologien von Herz-Kreislauf- und Nervensystem |

| | (aufgrund eines Ungleichgewichts im Subsystem der Nervenregulation). Wann |

| | superlange (ca. 10-20 Jahre) kontinuierliche Bestrahlung |

| | möglich (nach ungeprüften Daten) die Entwicklung einiger |

| | onkologische Erkrankungen. |

| 2. Intern | Daten zu aktuellen, sich verschlechternden Beschwerden |

| elektrische Verkabelung von Gebäuden | Gesundheit, in direktem Zusammenhang mit der Arbeit von internen |

| und Strukturen. | Stromnetze sind nicht verfügbar. |

| 3. Haushalt | Es liegen ungeprüfte Daten zu Hautbeschwerden vor, |

| Elektrogeräte. | Herz-Kreislauf- und Nervenpathologie mit Langzeit |

| | systematische Nutzung alter Mikrowellenherde |

| | Modelle (bis Release 1995). Es gibt auch ähnliche |

| | Daten zur Nutzung von Mikrowellenherden alle |

| | Modelle in einer Produktionsumgebung (z. B. zum Aufwärmen |

| | Essen in einem Café). Neben Mikrowellenherden gibt es Daten zu |

| | negative Auswirkungen auf die Gesundheit von Menschen mit Fernseher in |

| | als Vorrichtung zur Visualisierung einer Kathodenstrahlröhre. |

Elektromagnetisches Feld, eine besondere Form der Materie. Die Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen erfolgt durch ein elektromagnetisches Feld.

Das Verhalten des elektromagnetischen Feldes wird durch die klassische Elektrodynamik untersucht. Das elektromagnetische Feld wird durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben, die die das Feld charakterisierenden Größen mit seinen Quellen, also mit im Raum verteilten Ladungen und Strömen, in Beziehung setzen. Das elektromagnetische Feld stationärer oder sich gleichmäßig bewegender geladener Teilchen ist untrennbar mit diesen Teilchen verbunden; bei beschleunigter Bewegung von Teilchen "trennt sich" das elektromagnetische Feld von ihnen und existiert unabhängig in Form von elektromagnetischen Wellen.

Aus den Maxwell-Gleichungen folgt, dass ein elektrisches Wechselfeld ein magnetisches Feld erzeugt und ein magnetisches Wechselfeld ein elektrisches Feld erzeugt, daher kann ein elektromagnetisches Feld in Abwesenheit von Ladungen existieren. Die Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes durch ein magnetisches Wechselfeld und eines magnetischen Feldes durch ein elektrisches Wechselfeld führt dazu, dass elektrische und magnetische Felder nicht getrennt voneinander existieren. Daher ist das elektromagnetische Feld eine Art von Materie, die an allen Punkten durch zwei Vektorgrößen bestimmt wird, die seine beiden Komponenten "elektrisches Feld" und "magnetisches Feld" charakterisieren und eine Kraftwirkung auf geladene Teilchen ausüben, abhängig von ihrer Geschwindigkeit und der Größe ihrer Ladung.

Ein elektromagnetisches Feld im Vakuum, d. h. in einem freien Zustand, das nicht mit Materieteilchen verbunden ist, existiert in Form von elektromagnetischen Wellen und breitet sich in einem Vakuum ohne sehr starke Gravitationsfelder mit einer Geschwindigkeit aus, gleiche Geschwindigkeit Sveta C= 2,998. 10 8m/s. Ein solches Feld ist durch eine elektrische Feldstärke gekennzeichnet E und magnetische Induktion V... Um das elektromagnetische Feld in einem Medium zu beschreiben, werden auch die Werte der elektrischen Induktion verwendet D und magnetische Feldstärke n... In Materie sowie in Gegenwart sehr starker Gravitationsfelder, also in der Nähe sehr großer Materiemassen, ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Feldes kleiner als C.

Die Komponenten der das elektromagnetische Feld charakterisierenden Vektoren bilden nach der Relativitätstheorie ein einzelnes physikalische Größe- der Tensor des elektromagnetischen Feldes, dessen Komponenten beim Übergang von einem Trägheitsbezugssystem in ein anderes gemäß den Lorentz-Transformationen transformiert werden.

Ein elektromagnetisches Feld hat Energie und Impuls. Die Existenz eines Pulses eines elektromagnetischen Feldes wurde erstmals 1899 in den Experimenten von PN Lebedev zur Messung des Lichtdrucks experimentell entdeckt. Ein elektromagnetisches Feld hat immer Energie. Energiedichte des elektromagnetischen Feldes = 1/2 (ED + VN).

Das elektromagnetische Feld breitet sich durch den Raum aus. Die Energieflussdichte des elektromagnetischen Feldes wird durch den Poiting-Vektor bestimmt S =, Maßeinheit W / m 2. Die Richtung des Poiting-Vektors ist senkrecht E und h und fällt mit der Ausbreitungsrichtung elektromagnetischer Energie zusammen. Sein Wert ist gleich der Energie, die durch eine Flächeneinheit senkrecht zu übertragen wird S pro Zeiteinheit. Feldpulsdichte im Vakuum K = S / s 2 = / s 2.

Bei hohen Frequenzen des elektromagnetischen Feldes werden seine Quanteneigenschaften wesentlich und das elektromagnetische Feld kann als ein Fluss von Feldquanten - Photonen - betrachtet werden. In diesem Fall wird das elektromagnetische Feld beschrieben

1860-1865. einer der größten Physiker des 19. Jahrhunderts James Clerk Maxwell eine Theorie erstellt elektromagnetisches Feld. Nach Maxwell wird das Phänomen der elektromagnetischen Induktion wie folgt erklärt. Ändert sich an irgendeinem Punkt im Raum das Magnetfeld mit der Zeit, dann bildet sich auch dort ein elektrisches Feld. Befindet sich im Feld ein geschlossener Leiter, induziert das elektrische Feld darin einen Induktionsstrom. Aus der Maxwellschen Theorie folgt, dass auch der umgekehrte Prozess möglich ist. Ändert sich in einem bestimmten Raumbereich das elektrische Feld zeitlich, so entsteht auch hier ein magnetisches Feld.

Somit führt jede zeitliche Änderung des magnetischen Feldes zur Entstehung eines sich ändernden elektrischen Feldes, und jede zeitliche Änderung des elektrischen Feldes erzeugt ein sich änderndes magnetisches Feld. Diese sich gegenseitig erzeugenden elektrischen und magnetischen Wechselfelder bilden ein einziges elektromagnetisches Feld.

Eigenschaften elektromagnetischer Wellen

Das wichtigste Ergebnis, das sich aus der von Maxwell formulierten Theorie des elektromagnetischen Feldes ergibt, ist die Vorhersage der Möglichkeit der Existenz elektromagnetischer Wellen. Elektromagnetische Welle - Ausbreitung elektromagnetischer Felder in Raum und Zeit.

Elektromagnetische Wellen können sich im Gegensatz zu elastischen (Schall-)Wellen in einem Vakuum oder jeder anderen Substanz ausbreiten.

Elektromagnetische Wellen im Vakuum breiten sich mit einer Geschwindigkeit aus c = 299 792 km / s, also mit Lichtgeschwindigkeit.

In Materie ist die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle geringer als im Vakuum. Der für mechanische Wellen erhaltene Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Geschwindigkeit, Periode und Frequenz der Schwingungen wird auch für elektromagnetische Wellen durchgeführt:

Schwankungen des Spannungsvektors E und der Vektor der magnetischen Induktion B treten in zueinander senkrechten Ebenen und senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung (Geschwindigkeitsvektor) auf.

Eine elektromagnetische Welle trägt Energie.

Reichweite elektromagnetischer Wellen

Um uns herum ist eine komplexe Welt elektromagnetischer Wellen verschiedener Frequenzen: Strahlung von Computermonitoren, Mobiltelefonen, Mikrowellenherden, Fernsehern usw. Derzeit werden alle elektromagnetischen Wellen nach Wellenlänge in sechs Hauptbereiche unterteilt.

Radiowellen- dies sind elektromagnetische Wellen (mit einer Wellenlänge von 10.000 m bis 0,005 m), die verwendet werden, um Signale (Informationen) über eine Entfernung ohne Kabel zu übertragen. Bei der Funkkommunikation werden Funkwellen durch hochfrequente Ströme erzeugt, die durch die Antenne fließen.

Elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 0,005 m bis 1 µm, d.h. die zwischen der Reichweite von Funkwellen und der Reichweite des sichtbaren Lichts liegen, heißen Infrarotstrahlung... Infrarotstrahlung wird von jedem erhitzten Körper emittiert. Als Infrarotstrahlungsquellen dienen Backöfen, Batterien, elektrische Glühlampen. Mithilfe spezieller Geräte kann Infrarotstrahlung in sichtbares Licht umgewandelt und Bilder von erhitzten Objekten bei völliger Dunkelheit aufgenommen werden.

ZU sichtbares Licht bezieht sich auf Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 770 nm bis 380 nm, von Rot bis Violett. Die Bedeutung dieses Teils des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung im menschlichen Leben ist extrem hoch, da der Mensch mit Hilfe des Sehens fast alle Informationen über die Welt um sich herum erhält.

Elektromagnetische Strahlung, die für das Auge unsichtbar ist und deren Wellenlänge kleiner als die von Violett ist, wird als bezeichnet UV-Strahlung. Es ist in der Lage, krankheitserregende Bakterien abzutöten.

Röntgenstrahlung für das Auge unsichtbar. Es passiert ohne nennenswerte Absorption bedeutende Schichten einer Substanz, die für sichtbares Licht undurchsichtig ist und zur Diagnose von Erkrankungen der inneren Organe verwendet wird.

Gammastrahlung wird die elektromagnetische Strahlung genannt, die von angeregten Kernen emittiert wird und durch die Wechselwirkung von Elementarteilchen entsteht.

Das Prinzip der Funkkommunikation

Als Quelle elektromagnetischer Wellen wird ein Schwingkreis verwendet. Bei effektiver Strahlung wird der Stromkreis „geöffnet“, d.h. Bedingungen schaffen, damit das Feld in den Weltraum "gehen" kann. Dieses Gerät wird als offener Schwingkreis bezeichnet - Antenne.

Funkkommunikation bezeichnet man als Informationsübertragung mittels elektromagnetischer Wellen, deren Frequenzen im Bereich von bis Hz liegen.

Radar (Radar)

Gerät, das sendet ultrakurze wellen und nimmt sie sofort an. Die Bestrahlung erfolgt in kurzen Pulsen. Die Impulse werden von Objekten reflektiert, wodurch nach Empfang und Verarbeitung des Signals die Entfernung zum Objekt bestimmt werden kann.

Das Geschwindigkeitsradar funktioniert ähnlich. Denken Sie darüber nach, wie Radar die Geschwindigkeit eines fahrenden Autos erkennt.

Elektromagnetische Felder sind elektrische und magnetische Wechselfelder, die sich gegenseitig erzeugen.
Die Theorie des elektromagnetischen Feldes wurde 1865 von James Maxwell entwickelt.

Er hat theoretisch bewiesen, dass:
jede Änderung des magnetischen Feldes mit der Zeit führt zur Entstehung eines sich ändernden elektrischen Feldes, und jede Änderung des elektrischen Feldes mit der Zeit erzeugt ein sich änderndes magnetisches Feld.
Wenn sich elektrische Ladungen mit Beschleunigung bewegen, ändert sich das von ihnen erzeugte elektrische Feld periodisch und erzeugt selbst ein magnetisches Wechselfeld im Raum usw.

Quellen des elektromagnetischen Feldes können sein:
- beweglicher Magnet;
- eine sich beschleunigend oder oszillierend bewegende elektrische Ladung (im Gegensatz zu einer sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegenden Ladung, beispielsweise bei einem Gleichstrom in einem Leiter, entsteht hier ein konstantes Magnetfeld).

Ein elektrisches Feld existiert immer um eine elektrische Ladung herum, in jedem Bezugssystem, ein magnetisches Feld - in dem sich die elektrischen Ladungen relativ zu bewegen.
In einem Bezugssystem existiert ein elektromagnetisches Feld, relativ zu dem sich elektrische Ladungen mit Beschleunigung bewegen.

PROBIEREN SIE DIE LÖSUNG

Das Bernsteinstück wurde gegen den Stoff gerieben und mit statischer Elektrizität aufgeladen. Welches Feld kann um unbeweglichen Bernstein herum gefunden werden? Um den beweglichen herum?

Der geladene Körper ruht relativ zur Erdoberfläche. Das Fahrzeug bewegt sich gleichmäßig und geradlinig zum Boden. Ist es möglich, im Bezugssystem des Autos ein konstantes Magnetfeld zu erkennen?

Welches Feld entsteht um das Elektron, wenn es: in Ruhe ist; bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit; mit Beschleunigung bewegen?

In der CRT wird ein Strom sich gleichmäßig bewegender Elektronen erzeugt. Ist es möglich, ein Magnetfeld in einem Bezugssystem zu detektieren, das einem der sich bewegenden Elektronen zugeordnet ist?

ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN

Elektromagnetische Wellen sind ein elektromagnetisches Feld, das sich mit endlicher Geschwindigkeit im Raum ausbreitet, abhängig von den Eigenschaften des Mediums

Eigenschaften elektromagnetischer Wellen:
- sich nicht nur in Materie, sondern auch im Vakuum ausbreiten;
- Ausbreitung im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit (C = 300.000 km / s);
- dies sind Transversalwellen;
- dies sind Wanderwellen (Übertragungsenergie).

Beschleunigte bewegte elektrische Ladungen sind die Quelle elektromagnetischer Wellen.
Schwingungen elektrischer Ladungen werden von elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz begleitet, die gleich der Frequenz von Ladungsschwingungen ist.

ELEKTROMAGNETISCHE WELLENWAAGE

Der gesamte Raum um uns herum ist von elektromagnetischer Strahlung durchdrungen. Die Sonne, die Körper um uns herum, die Antennen der Sender senden elektromagnetische Wellen aus, die je nach Schwingungsfrequenz unterschiedliche Namen tragen.

Funkwellen sind elektromagnetische Wellen (mit einer Wellenlänge von mehr als 10000 m bis 0,005 m), die verwendet werden, um Signale (Informationen) über eine Entfernung ohne Kabel zu übertragen.
Bei der Funkkommunikation werden Funkwellen durch hochfrequente Ströme erzeugt, die durch die Antenne fließen.
Radiowellen unterschiedlicher Länge breiten sich auf unterschiedliche Weise aus.

Als Infrarotstrahlung (IR) wird elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 0,005 m aber größer als 770 nm bezeichnet, die also zwischen dem Radiowellenlängenbereich und dem sichtbaren Lichtbereich liegt.
Infrarotstrahlung wird von jedem erhitzten Körper emittiert. Quellen der Infrarotstrahlung sind Öfen, Wasserheizbatterien, elektrische Glühlampen. Mithilfe spezieller Geräte kann Infrarotstrahlung in sichtbares Licht umgewandelt und Bilder von erhitzten Objekten bei völliger Dunkelheit aufgenommen werden. Infrarotstrahlung wird verwendet, um lackierte Produkte, Gebäudewände, Holz zu trocknen.

Sichtbares Licht bezieht sich auf Strahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 770 nm bis 380 nm, von rotem bis violettem Licht. Die Werte dieses Teils des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung im Leben eines Menschen sind extrem hoch, da ein Mensch mit Hilfe des Sehens fast alle Informationen über die Welt um ihn herum erhält. Licht ist eine Voraussetzung für die Entwicklung grüner Pflanzen und damit eine Voraussetzung für die Existenz von Leben auf der Erde.

Elektromagnetische Strahlung mit einer langen Wellenlänge, die für das Auge unsichtbar ist, ist geringer als die von violettem Licht, die als ultraviolette Strahlung (UV) bezeichnet wird. Ultraviolette Strahlung kann schädliche Bakterien abtöten und wird daher in der Medizin häufig verwendet. Ultraviolette Strahlung in der Zusammensetzung Sonnenlicht verursacht biologische Prozesse, die zur Verdunkelung der menschlichen Haut führen - Bräunung. Entladungslampen werden in der Medizin als ultraviolette Strahlungsquellen verwendet. Die Röhren solcher Lampen bestehen aus Quarz, der für ultraviolette Strahlen durchlässig ist; daher werden diese Lampen Quarzlampen genannt.

Röntgenstrahlen (Re) sind für das az unsichtbar. Sie passieren ohne nennenswerte Absorption bedeutende Schichten einer Substanz, die für sichtbares Licht undurchlässig ist. Röntgenstrahlen werden durch ihre Fähigkeit erkannt, ein bestimmtes Leuchten von bestimmten Kristallen hervorzurufen und auf fotografischen Film einzuwirken. Die Fähigkeit von Röntgenstrahlen, dicke Substanzschichten zu durchdringen, wird zur Diagnose von Erkrankungen der inneren Organe des Menschen genutzt.

Ein elektromagnetisches Feld ist eine Art von Materie, die um bewegte Ladungen herum entsteht. Zum Beispiel um einen Leiter mit Strom. Das elektromagnetische Feld besteht aus zwei Komponenten: elektrischen und magnetischen Feldern. Sie können nicht unabhängig voneinander existieren. Eine Sache lässt eine andere entstehen. Wenn sich das elektrische Feld ändert, erscheint sofort ein magnetisches. Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen V = C / EM wo e und m bzw. die magnetische und dielektrische Permeabilität des Mediums, in dem sich die Welle ausbreitet. Eine elektromagnetische Welle im Vakuum breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, dh 300.000 km / s. Da die dielektrische und magnetische Permeabilität des Vakuums gleich 1 ist. Wenn sich das elektrische Feld ändert, entsteht ein magnetisches Feld. Da das verursachte elektrische Feld nicht konstant ist (d. h. es ändert sich mit der Zeit), ist auch das Magnetfeld variabel. Das sich ändernde Magnetfeld erzeugt wiederum ein elektrisches Feld und so weiter. Somit ist für das nachfolgende Feld (egal ob elektrisch oder magnetisch) die Quelle das vorherige Feld und nicht die ursprüngliche Quelle, dh ein Leiter mit Strom. Somit bleibt das elektromagnetische Feld auch nach dem Abschalten des Stroms im Leiter bestehen und breitet sich im Raum aus. Eine elektromagnetische Welle breitet sich von ihrer Quelle aus in alle Richtungen im Raum aus. Sie können sich vorstellen, eine Glühbirne einzuschalten, deren Lichtstrahlen sich in alle Richtungen ausbreiten. Wenn sich eine elektromagnetische Welle ausbreitet, überträgt sie Energie durch den Raum. Je stärker der Strom im Leiter ist, der das Feld verursacht, desto größer ist die von der Welle getragene Energie. Außerdem hängt die Energie von der Frequenz der emittierten Wellen ab, mit einer Zunahme um das 2,3,4-fache erhöht sich die Wellenenergie jeweils um das 4,9,16-fache. Das heißt, die Ausbreitungsenergie der Welle ist proportional zum Quadrat der Frequenz. Die besten Bedingungen für die Wellenausbreitung werden geschaffen, wenn die Länge des Leiters gleich der Wellenlänge ist. Die magnetischen und elektrischen Kraftlinien verlaufen senkrecht zueinander. Magnetische Kraftlinien überdecken den Stromleiter und sind immer geschlossen. Elektrische Kraftlinien gehen von einer Ladung zur anderen. Eine elektromagnetische Welle ist immer eine Scherwelle. Das heißt, die Kraftlinien, sowohl magnetische als auch elektrische, liegen in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Die Stärke des elektromagnetischen Feldes ist die für das Feld charakteristische Stärke. Auch Spannung, eine Vektorgröße, das heißt, sie hat einen Anfang und eine Richtung. Die Feldstärke ist tangential zu den Kraftlinien gerichtet. Da die Stärke des elektrischen und des magnetischen Feldes senkrecht zueinander stehen, gibt es eine Regel, nach der die Wellenausbreitungsrichtung bestimmt werden kann. Wenn sich die Schnecke auf dem kürzesten Weg vom elektrischen Feldstärkevektor zum magnetischen Feldstärkevektor dreht, zeigt die Translationsbewegung der Schnecke die Richtung der Wellenausbreitung an.

Magnetfeld und seine Eigenschaften. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, a ein magnetisches Feld. Ein Magnetfeld stellt eine der Arten von Materie dar. Es besitzt Energie, die sich in Form von elektromagnetischen Kräften manifestiert, die auf einzelne bewegte elektrische Ladungen (Elektronen und Ionen) und auf deren Ströme, d. h. elektrischen Strom, wirken. Bewegte geladene Teilchen weichen unter dem Einfluss elektromagnetischer Kräfte senkrecht zum Feld von ihrer ursprünglichen Bahn ab (Abb. 34). Das Magnetfeld wird gebildet nur um bewegte elektrische Ladungen, und seine Wirkung erstreckt sich auch nur auf bewegte Ladungen. Magnetische und elektrische Felder unzertrennlich und bilden zusammen eine Einheit elektromagnetisches Feld... Jede Änderung elektrisches Feld führt zum Auftreten eines magnetischen Feldes und umgekehrt wird jede Änderung des magnetischen Feldes vom Auftreten eines elektrischen Feldes begleitet. Elektromagnetisches Feld breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, also 300.000 km / s.

Grafische Darstellung des Magnetfeldes. Grafisch wird das Magnetfeld durch magnetische Kraftlinien dargestellt, die so gezeichnet sind, dass die Richtung der Kraftlinie an jedem Punkt des Feldes mit der Richtung der Feldkräfte übereinstimmt; magnetische Kraftlinien sind immer kontinuierlich und geschlossen. Die Richtung des Magnetfeldes an jedem Punkt kann mit Hilfe des Magnetpfeils bestimmt werden. Der Nordpol des Pfeils ist immer in Richtung der Feldkräfte eingestellt. Das Ende des Permanentmagneten, aus dem die Kraftlinien austreten (Abb. 35, a), wird als Nordpol angesehen, und das gegenüberliegende Ende, in das die Kraftlinien eintreten, ist der Südpol (die Linien Kraftübertragung innerhalb des Magneten sind nicht dargestellt). Die Kraftlinienverteilung zwischen den Polen eines Flachmagneten kann mit Stahlspäne nachgewiesen werden, die auf ein Blatt Papier gegossen werden, das auf die Pole gelegt wird (Abb. 35, b). Das Magnetfeld im Luftspalt zwischen zwei parallel gegenüberliegenden Polen eines Permanentmagneten ist durch eine gleichmäßige Verteilung der Magnetfeldlinien gekennzeichnet (Abb. 36)