Shmelev V.E.، sbitnev S.A. مبانی نظری مهندسی برق

1. مقدمه. موضوع مطالعه در وه شناسی.

3. منابع اصلی میدان الکترومغناطیسی.

5. روش های حفاظت از سلامت انسان در برابر اثرات الکترومغناطیسی.

6. فهرست مواد و ادبیات مورد استفاده.

1. مقدمه. موضوع مطالعه در وه شناسی.

1.1 مقدمه.

ارزش شناسی - از لات. "والئو" - "سلام" - رشته علمیمطالعه سلامت فردی یک فرد سالم تفاوت اساسی بین والولوژی و سایر رشته ها (به ویژه از پزشکی عملی) دقیقاً در رویکرد فردی برای ارزیابی سلامت هر موضوع خاص (بدون در نظر گرفتن داده های عمومی و میانگین برای هر گروه) نهفته است.

برای اولین بار علم وحش شناسی به عنوان یک رشته علمی در سال 1980 به طور رسمی ثبت شد. بنیانگذار آن دانشمند روسی I.I.Brekhman بود که در دانشگاه دولتی ولادی وستوک کار می کرد.

در حال حاضر، رشته جدید به طور فعال در حال توسعه است، کار علمی در حال انباشته شدن است و تحقیقات عملی به طور فعال در حال انجام است. به تدریج از جایگاه یک رشته علمی به یک علم مستقل تبدیل می شود.

1.2 موضوع مورد مطالعه در وه شناسی.

موضوع مطالعه در وه شناسی سلامت فردی یک فرد سالم و عوامل موثر بر آن است. همچنین، ارزش شناسی با در نظر گرفتن فردیت یک موضوع خاص، به نظام مندی یک سبک زندگی سالم می پردازد.

در حال حاضر، رایج ترین تعریف از مفهوم "سلامت"، تعریفی است که توسط کارشناسان سازمان جهانی بهداشت (WHO) ارائه شده است:

سلامتی حالتی از رفاه جسمی، روانی و اجتماعی است.

والولوژی مدرن ویژگی های اصلی زیر را برای سلامت فردی مشخص می کند:

1. حیات پیچیده ترین مظهر وجود ماده است که از نظر پیچیدگی از واکنش های مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی پیشی می گیرد.

2. هموستاز حالتی شبه ایستا از اشکال حیات است که با تغییرپذیری در فواصل زمانی نسبتاً طولانی و ایستایی عملی در فواصل کوچک مشخص می شود.

3. سازگاری - خاصیت اشکال زندگی برای سازگاری با شرایط متغیر وجود و بارهای اضافه. در صورت بروز اختلالات سازگاری یا تغییرات خیلی ناگهانی و اساسی در شرایط، ناسازگاری رخ می دهد - استرس.

4. فنوتیپ - ترکیبی از عوامل محیطی موثر بر رشد یک موجود زنده. همچنین، اصطلاح "فنوتیپ" مجموع ویژگی های رشد و فیزیولوژی ارگانیسم را مشخص می کند.

5. ژنوتیپ - ترکیبی از عوامل ارثی موثر بر رشد یک موجود زنده که ترکیبی از مواد ژنتیکی والدین است. هنگامی که ژن های تغییر شکل یافته از والدین منتقل می شوند، آسیب شناسی ارثی ایجاد می شود.

6. سبک زندگی - مجموعه ای از کلیشه ها و هنجارهای رفتاری که مشخصه یک ارگانیسم خاص است.

سلامت (طبق تعریف WHO).

2. میدان الکترومغناطیسی، انواع، مشخصات و طبقه بندی آن.

2.1 تعاریف اساسی انواع الکترو میدان مغناطیسی.

میدان الکترومغناطیسی شکل خاصی از ماده است که از طریق آن برهمکنش بین ذرات باردار الکتریکی انجام می شود.

میدان الکتریکی - ایجاد شده توسط بارهای الکتریکی و ذرات باردار در فضا. شکل تصویری از خطوط نیرو (خطوط فرضی که برای تجسم میدان ها استفاده می شود) میدان الکتریکی را برای دو ذره باردار در حالت استراحت نشان می دهد:

میدان مغناطیسی - هنگامی که بارهای الکتریکی در امتداد یک هادی حرکت می کنند ایجاد می شود. تصویر خطوط میدان میدان برای یک هادی منفرد در شکل نشان داده شده است:

دلیل فیزیکی وجود میدان الکترومغناطیسیاین است که یک میدان الکتریکی متغیر با زمان، یک میدان مغناطیسی را تحریک می کند، و یک میدان مغناطیسی متغیر - یک میدان الکتریکی گردابی. با تغییر مداوم، هر دو جزء از وجود یک میدان الکترومغناطیسی پشتیبانی می کنند. میدان یک ذره ثابت یا یکنواخت متحرک به طور جدایی ناپذیری با حامل (ذره باردار) مرتبط است.

با این حال، با حرکت شتاب‌دار حامل‌ها، میدان الکترومغناطیسی از آنها جدا می‌شود و به طور مستقل در محیط به شکل موج الکترومغناطیسی وجود دارد، بدون اینکه با حذف حامل ناپدید شود (به عنوان مثال، امواج رادیویی زمانی که ناپدید نمی‌شوند. جریان ناپدید می شود (حرکت حامل ها - الکترون ها) در آنتنی که آنها را ساطع می کند).

2.2 ویژگی های اصلی میدان الکترومغناطیسی.

میدان الکتریکی با شدت میدان الکتریکی مشخص می شود (تعریف "E"، بعد SI - V / m، بردار). میدان مغناطیسی با شدت میدان مغناطیسی مشخص می شود (تعریف "H"، بعد SI - A / m، بردار). مدول (طول) بردار معمولاً اندازه گیری می شود.

امواج الکترومغناطیسی با طول موج مشخص می شوند (عنوان "("، بعد SI - m)، منبع ساطع کننده آنها - فرکانس (تعریف - "("، بعد SI - هرتز). در شکل E - بردار قدرت میدان الکتریکی، بردار H - قدرت میدان مغناطیسی ...

در فرکانس های 3 تا 300 هرتز، مفهوم القای مغناطیسی (نام "B"، بعد SI - T) نیز می تواند به عنوان مشخصه میدان مغناطیسی استفاده شود.

2.3 طبقه بندی میدان های الکترومغناطیسی.

بیشترین مورد استفاده طبقه بندی به اصطلاح "منطقه ای" میدان های الکترومغناطیسی بر اساس درجه فاصله از منبع / حامل است.

بر اساس این طبقه بندی، میدان الکترومغناطیسی به مناطق "نزدیک" و "دور" تقسیم می شود. منطقه "نزدیک" (که گاهی اوقات منطقه القایی نامیده می شود) تا فاصله ای از منبع برابر با 0-3 گسترش می یابد و موج الکترومغناطیسی تولید شده هنوز به طور کامل تشکیل نشده است.

منطقه "دور" ناحیه موج الکترومغناطیسی تشکیل شده است. در اینجا قدرت میدان به نسبت معکوس فاصله تا منبع کاهش می یابد. در این ناحیه، رابطه تعیین شده تجربی بین قدرت میدان های الکتریکی و مغناطیسی معتبر است:

که در آن 377 یک امپدانس موج ثابت خلاء، اهم است.

امواج الکترومغناطیسی معمولاً با توجه به فرکانس آنها طبقه بندی می شوند:

| نام | مرز | نام | مرز |

فرکانس های پایین بیس | کیلوهرتز | کیلومتر | کیلومتر |

| بسیار بالا، VHF | مگاهرتز | متر | m |

معمولاً فقط شدت میدان الکتریکی E اندازه‌گیری می‌شود. در فرکانس‌های بالاتر از 300 مگاهرتز، گاهی اوقات چگالی شار انرژی موج یا بردار Poyting اندازه‌گیری می‌شود.

3. منابع اصلی میدان الکترومغناطیسی.

منابع اصلی میدان الکترومغناطیسی عبارتند از:

خطوط برق.

سیم کشی برق (داخل ساختمان ها و سازه ها).

لوازم برقی خانگی.

کامپیوترهای شخصی.

ایستگاه های فرستنده تلویزیون و رادیو.

ارتباطات ماهواره ای و سلولی (دستگاه ها، تکرار کننده ها).

حمل و نقل الکتریکی.

تاسیسات رادار

3.1 خطوط برق (PTL).

سیم های یک خط برق عامل یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس صنعتی (50 هرتز) در فضای مجاور (در فواصل حدود ده ها متر از سیم) ایجاد می کنند. علاوه بر این، شدت میدان در نزدیکی خط بسته به بار الکتریکی آن می‌تواند در محدوده وسیعی متفاوت باشد. استانداردها مرزهای مناطق حفاظت بهداشتی را در نزدیکی خطوط برق تعیین می کند (طبق SN 2971-84):

| ولتاژ کار | 330 و کمتر | 500 | 750 | 1150 |

| سایز | 20 | 30 | 40 | 55 |

(در واقع، مرزهای منطقه حفاظت بهداشتی در امتداد خط مرزی دورتر از سیم های حداکثر قدرت میدان الکتریکی، برابر با 1 کیلو ولت / متر) تنظیم می شود.

3.2 سیم کشی

سیم کشی برق شامل: کابل های برق برای سیستم های پشتیبانی عمر ساختمان، سیم های توزیع برق و همچنین تابلوهای انشعاب، جعبه های برق و ترانسفورماتورها می باشد. سیم کشی برق منبع اصلی میدان های الکترومغناطیسی فرکانس برق در اماکن مسکونی است. در این حالت، سطح شدت میدان الکتریکی ساطع شده از منبع اغلب نسبتاً کم است (از 500 ولت در متر تجاوز نمی کند).

3.3 لوازم برقی خانگی.

تمام لوازم خانگی که از جریان الکتریکی استفاده می کنند منبع میدان های الکترومغناطیسی هستند. در این مورد، سطح تابش در وسیع ترین محدوده بسته به مدل، دستگاه دستگاه و حالت عملکرد خاص متفاوت است. همچنین، سطح تشعشع به شدت به مصرف برق دستگاه بستگی دارد - هر چه قدرت بیشتر باشد، سطح میدان الکترومغناطیسی در حین کار دستگاه بیشتر است. قدرت میدان الکتریکی در نزدیکی لوازم خانگی از ده ها ولت در متر تجاوز نمی کند.

جدول زیر حداکثر سطوح مجاز القای مغناطیسی را برای قوی ترین منابع میدان مغناطیسی در میان لوازم الکتریکی خانگی نشان می دهد:

| دستگاه | فاصله حداکثر مجاز | |

| | مقادیر القای مغناطیسی، μT |

| قهوه ساز | |

| ماشین لباسشویی | |

| آهن | |

| جاروبرقی | |

| اجاق گاز برقی | |

| لامپ "نور روز" (لامپ های فلورسنت LTP, | |

| مته برقی (موتور برق | |

| توان W) | |

| میکسر برقی (برق موتور | |

| W) | |

| تلویزیون | |

| مایکروویو (القایی، مایکروویو) | |

3.4 کامپیوترهای شخصی

منبع اصلی اثرات نامطلوب سلامتی بر روی کاربر رایانه، امکانات نمایش بصری (VSS) مانیتور است. در اکثر مانیتورهای مدرن، CBO یک لوله اشعه کاتدی است. جدول عوامل اصلی تأثیر WAS بر سلامت را فهرست می کند:

| ارگونومیک | عوامل تأثیر الکترومغناطیسی |

| | میدان لوله اشعه کاتدی |

کاهش قابل توجه کنتراست | میدان الکترومغناطیسی در فرکانس |

تصویر بازتولید شده در محدوده | مگاهرتز. |

| نور پس زمینه صفحه نمایش خارجی با پرتوهای مستقیم | |

| نور. | |

| بازتاب پرتوهای نور از | بار الکترواستاتیکی روی سطح |

| سطح صفحه نمایش (نور خیره کننده). | صفحه نمایش. |

| شخصیت کارتونی | اشعه ماوراء بنفش (محدوده |

| تولید مثل تصویر | طول موج نانومتر). |

| (به روز رسانی مداوم با فرکانس بالا | |

| تصویر گسسته | مادون قرمز و اشعه ایکس |

| (تقسیم به نقاط). | پرتوهای یونیزان |

در آینده، به عنوان عوامل اصلی تأثیر SWO بر سلامت، تنها عوامل قرار گرفتن در معرض میدان الکترومغناطیسی لوله پرتو کاتدی را در نظر خواهیم گرفت.

علاوه بر مانیتور و واحد سیستم، یک رایانه شخصی می‌تواند تعداد زیادی دستگاه دیگر (مانند چاپگر، اسکنر، محافظ برق و غیره) را نیز شامل شود. همه این دستگاه ها با استفاده از جریان الکتریکی کار می کنند، به این معنی که منبع میدان الکترومغناطیسی هستند. جدول زیر محیط الکترومغناطیسی نزدیک کامپیوتر را نشان می دهد (همانطور که قبلاً توضیح داده شد سهم نمایشگر در این جدول در نظر گرفته نشده است):

| منبع | محدوده فرکانس تولید شده |

| | میدان الکترومغناطیسی |

| مونتاژ واحد سیستم. |. |

| دستگاه های ورودی-خروجی (چاپگر، | هرتز |

| اسکنرها، درایوهای فلاپی و غیره). | |

| منابع تغذیه اضطراری، |. |

| محافظ برق و تثبیت کننده ها. | |

میدان الکترومغناطیسی رایانه های شخصی دارای ترکیب موجی و طیفی پیچیده ای است و اندازه گیری و تعیین کمیت آن دشوار است. دارای اجزای مغناطیسی، الکترواستاتیکی و تشعشعی است (به ویژه، پتانسیل الکترواستاتیک فردی که جلوی مانیتور نشسته می‌تواند از 3- تا 5+ ولت باشد). با توجه به این شرایط که رایانه های شخصی در حال حاضر به طور فعال در تمام شاخه های فعالیت های انسانی مورد استفاده قرار می گیرند، تأثیر آنها بر سلامت انسان منوط به مطالعه و کنترل دقیق است.

3.5 ایستگاه های فرستنده تلویزیون و رادیو.

تعداد قابل توجهی از ایستگاه های پخش رادیویی و مراکز وابستگی های مختلف در حال حاضر در خاک روسیه قرار دارند.

ایستگاه ها و مراکز انتقال در مناطق ویژه تعیین شده قرار دارند و می توانند مناطق نسبتاً بزرگی (تا 1000 هکتار) را اشغال کنند. با ساختار خود، آنها شامل یک یا چند ساختمان فنی هستند که فرستنده های رادیویی در آن قرار دارند، و میدان های آنتن، که در آنها تا چندین ده سیستم تغذیه کننده آنتن (AFS) قرار دارد. هر سیستم شامل یک آنتن تابشی و یک خط تغذیه است که سیگنال پخش را تغذیه می کند.

میدان الکترومغناطیسی ساطع شده توسط آنتن های مراکز پخش رادیویی دارای ترکیب طیفی پیچیده و توزیع فردی از شدت ها است که بستگی به پیکربندی آنتن ها، زمین و معماری ساختمان های مجاور دارد. برخی از داده های میانگین برای انواع مختلف مراکز پخش رادیویی در جدول ارائه شده است:

| پخش | تنش | تنش | |

| | زمینه ها، V/m. | A/M. | |

| DV - ایستگاه های رادیویی | 630 | 1.2 | بالاترین تنش |

| HF - ایستگاه های رادیویی | 44 | 0.12 | فرستنده ها می توانند |

KW - 1 مگاوات و | | | |

3.6 ارتباطات ماهواره ای و سلولی.

3.6.1 ارتباطات ماهواره ای.

سیستم های ارتباطی ماهواره ای از یک ایستگاه فرستنده روی زمین و مسافران - تکرار کننده ها در مدار تشکیل شده است. ایستگاه های فرستنده ارتباطات ماهواره ای یک پرتو موج با جهت باریک منتشر می کنند که در آن چگالی شار انرژی به صدها وات بر متر می رسد. سیستم های ارتباطی ماهواره ای قدرت میدان الکترومغناطیسی بالایی را در فواصل قابل توجهی از آنتن ها ایجاد می کنند. به عنوان مثال، یک ایستگاه 225 کیلوواتی که با فرکانس 2.38 گیگاهرتز کار می کند، چگالی شار انرژی 2.8 وات بر متر مربع را در فاصله 100 کیلومتری تولید می کند. اتلاف انرژی نسبت به پرتو اصلی بسیار کم است و بیشتر از همه در مجاورت آنتن رخ می دهد.

3.6.2 ارتباطات سلولی.

امروزه رادیو تلفن همراه یکی از سریع ترین سیستم های مخابراتی در حال توسعه است. عناصر اساسی یک سیستم ارتباط سلولی ایستگاه های پایه و تلفن های رادیویی سیار هستند. ایستگاه های پایه ارتباط رادیویی را با دستگاه های تلفن همراه حفظ می کنند، در نتیجه آنها منبع میدان الکترومغناطیسی هستند. این سیستم از اصل تقسیم منطقه تحت پوشش به مناطق یا به اصطلاح "سلول" با شعاع کیلومتر استفاده می کند. جدول زیر ویژگی های اصلی سیستم های ارتباط سلولی فعال در روسیه را نشان می دهد:

| نام | کار | کار | حداکثر | حداکثر | شعاع |

| NMT450. | |

| آنالوگ | 5] | 5] | | | |

| آمپر. ||| 100 | 0.6 | |

| DAMPS (IS - ||| 50 | 0.2 | |

|136). | | | | | |

| CDMA. ||| 100 | 0.6 | |

| GSM - 900. ||| 40 | 0.25 | |

GSM - 1800. | |

| دیجیتال. | 0] | 5] | | | |

شدت تابش یک ایستگاه پایه با بار تعیین می شود، یعنی حضور صاحبان تلفن همراه در منطقه خدمات یک ایستگاه پایه خاص و تمایل آنها به استفاده از تلفن برای مکالمه، که به نوبه خود، اساساً بستگی به زمان روز، موقعیت ایستگاه، روز هفته و عوامل دیگر دارد. در شب، بار ایستگاه ها عملاً صفر است. شدت تابش دستگاه های تلفن همراه تا حد زیادی به وضعیت کانال ارتباطی "تلفن رادیویی سیار - ایستگاه پایه" بستگی دارد (هر چه فاصله از ایستگاه پایه بیشتر باشد، شدت تابش دستگاه بیشتر می شود).

3.7 حمل و نقل الکتریکی.

حمل و نقل الکتریکی (تراموا، تراموا، قطار مترو و غیره) منبع قدرتمند میدان الکترومغناطیسی در محدوده فرکانس هرتز است. در عین حال، در اکثریت قریب به اتفاق موارد، موتور الکتریکی کششی به عنوان ساطع کننده اصلی عمل می کند (برای ترولی بوس ها و ترامواها، پانتوگراف های هوا از نظر شدت میدان الکتریکی ساطع شده با موتور الکتریکی رقابت می کنند). جدول حاوی داده هایی در مورد مقدار اندازه گیری القای مغناطیسی برای برخی از انواع حمل و نقل الکتریکی است:

| نحوه حمل و نقل و جنس | مقدار متوسط | حداکثر مقدار |

| جریان مصرفی | القای مغناطیسی، μT. | بزرگی مغناطیسی |

| | | القایی، μT. |

| قطارهای برقی حومه ای | 20 | 75 |

| حمل و نقل برقی با | 29 | 110 |

| درایو DC | | |

| (خودروهای برقی و غیره). | | |

3.8 تاسیسات رادار.

تاسیسات رادار و رادار معمولا دارای آنتن های بازتابنده ("ظروف") هستند و یک پرتو رادیویی با پرتو باریک ساطع می کنند.

حرکت دوره ای آنتن در فضا منجر به ناپیوستگی فضایی تابش می شود. همچنین به دلیل عملکرد چرخه ای رادار برای تشعشع، یک ناپیوستگی موقت تشعشع وجود دارد. آنها در فرکانس های 500 مگاهرتز تا 15 گیگاهرتز کار می کنند، اما برخی از تاسیسات ویژه می توانند در فرکانس های تا 100 گیگاهرتز یا بیشتر کار کنند. با توجه به ماهیت خاص تابش، آنها می توانند مناطقی با چگالی شار انرژی بالا (100 W / m2 یا بیشتر) روی زمین ایجاد کنند.

4. تأثیر میدان الکترومغناطیسی بر سلامت فردی یک فرد.

بدن انسان همیشه به یک میدان الکترومغناطیسی خارجی واکنش نشان می دهد. با توجه به ترکیب امواج مختلف و سایر عوامل، میدان الکترومغناطیسی منابع مختلف به طرق مختلف بر سلامت انسان تأثیر می گذارد. در نتیجه، در این بخش، اثرات منابع مختلف بر سلامتی به طور جداگانه بررسی خواهد شد. با این حال، حوزه منابع مصنوعی، که به شدت با زمینه الکترومغناطیسی طبیعی ناسازگار است، تقریباً در همه موارد تأثیر منفی بر سلامت افراد در منطقه تحت تأثیر خود دارد.

مطالعات گسترده ای در مورد تأثیر میدان های الکترومغناطیسی بر سلامتی در کشور ما از دهه 60 آغاز شد. مشخص شد که سیستم عصبی انسان به اثرات الکترومغناطیسی حساس است و همچنین زمانی که میدان در معرض شدت کمتر از مقدار آستانه اثر حرارتی (مقدار شدت میدان که در آن در معرض یک فرد قرار می‌گیرد، به اصطلاح اثر اطلاعاتی دارد. اثر حرارتی آن شروع به آشکار شدن می کند).

جدول زیر متداول ترین شکایات مربوط به وخامت وضعیت سلامت مردم منطقه تحت تأثیر این حوزه را از منابع مختلف فهرست می کند. ترتیب و شماره گذاری منابع در جدول با ترتیب و شماره گذاری آنها در بخش 3 مطابقت دارد:

| منبع | رایج ترین شکایات. |

| الکترومغناطیسی | |

| 1. خطوط | تابش کوتاه مدت (در حد چند دقیقه) قابلیت |

| خطوط برق (خطوط برق). منجر به واکنش منفی فقط در موارد حساس خاص |

| | افراد یا بیماران مبتلا به انواع خاصی از آلرژی |

| | بیماری ها قرار گرفتن در معرض طولانی مدت معمولا منجر به |

| پاتولوژی های مختلف قلب و عروق و سیستم های عصبی |

| | (به دلیل عدم تعادل در زیر سیستم تنظیم عصبی). وقتی |

| | تابش مداوم فوق طولانی (حدود 10-20 سال) |

| | ممکن است (طبق داده های تأیید نشده) توسعه برخی | |

| | بیماری های انکولوژیک |

| 2. داخلی | داده های شکایات بدتر فعلی |

| سیم کشی برق ساختمان | بهداشت، مرتبط با کار داخلی |

| و ساختارها | شبکه های برق در دسترس نیستند. |

| 3. خانواده | داده های تأیید نشده ای در مورد شکایات پوستی وجود دارد، |

| لوازم برقی | آسیب شناسی قلبی عروقی و عصبی با طولانی مدت |

| استفاده سیستماتیک از اجاق های مایکروویو قدیمی |

| | مدل ها (تا نسخه 1995). مشابه | نیز وجود دارد

| اطلاعات در مورد استفاده از اجاق های مایکروویو همه |

| | مدل ها در شرایط تولید (مثلاً برای گرم کردن |

| | غذا در یک کافه). علاوه بر اجاق های مایکروویو، داده هایی در مورد |

| | تاثیر منفی بر سلامت افراد دارای تلویزیون در |

| به عنوان وسیله ای برای تجسم لوله اشعه کاتدی. |

میدان الکترومغناطیسی، شکل خاصی از ماده. برهمکنش بین ذرات باردار با استفاده از یک میدان الکترومغناطیسی انجام می شود.

رفتار میدان الکترومغناطیسی توسط الکترودینامیک کلاسیک مطالعه می شود. میدان الکترومغناطیسی توسط معادلات ماکسول توصیف می‌شود که مقادیر مشخص‌کننده میدان را با منابع آن، یعنی با بارها و جریان‌های توزیع شده در فضا، مرتبط می‌کند. میدان الکترومغناطیسی ذرات باردار ثابت یا متحرک یکنواخت به طور جدایی ناپذیری با این ذرات مرتبط است. با حرکت شتاب‌دار ذرات، میدان الکترومغناطیسی از آنها جدا می‌شود و به صورت مستقل به شکل امواج الکترومغناطیسی وجود دارد.

از معادلات ماکسول چنین بر می آید که یک میدان الکتریکی متناوب یک مغناطیسی ایجاد می کند و یک میدان مغناطیسی متناوب یک الکتریکی تولید می کند، بنابراین، یک میدان الکترومغناطیسی می تواند در غیاب بار وجود داشته باشد. تولید یک میدان الکترومغناطیسی توسط یک میدان مغناطیسی متناوب و یک میدان مغناطیسی توسط یک الکتریکی متناوب منجر به این واقعیت می شود که میدان های الکتریکی و مغناطیسی به طور جداگانه و مستقل از یکدیگر وجود ندارند. بنابراین، میدان الکترومغناطیسی نوعی ماده است که در همه نقاط توسط دو کمیت برداری تعیین می شود که دو جزء آن - "میدان الکتریکی" و "میدان مغناطیسی" را مشخص می کند، و بر ذرات باردار، بسته به سرعت و سرعت آنها، اثر نیرو اعمال می کند. بزرگی بار آنها

میدان الکترومغناطیسی در خلاء، یعنی در حالت آزاد، غیر مرتبط با ذرات ماده، به صورت امواج الکترومغناطیسی وجود دارد و در غیاب میدان‌های گرانشی بسیار قوی با سرعت، در فضای خالی منتشر می‌شود. سرعت برابرسوتا ج= 2.998. 10 8 متر بر ثانیه. چنین میدانی با شدت میدان الکتریکی مشخص می شود Eو القای مغناطیسی V... برای توصیف میدان الکترومغناطیسی در یک محیط، از مقادیر القای الکتریکی نیز استفاده می شود دیو قدرت میدان مغناطیسی ن... در ماده، و همچنین در حضور میدان‌های گرانشی بسیار قوی، یعنی نزدیک توده‌های بسیار بزرگ ماده، سرعت انتشار میدان الکترومغناطیسی کمتر از ج.

اجزای بردارهای مشخص کننده میدان الکترومغناطیسی، طبق نظریه نسبیت، یک واحد را تشکیل می دهند. کمیت فیزیکی- تانسور میدان الکترومغناطیسی، که اجزای آن در هنگام عبور از یک قاب مرجع اینرسی به دیگری مطابق با تبدیل های لورنتس تبدیل می شوند.

میدان الکترومغناطیسی دارای انرژی و تکانه است. وجود یک پالس یک میدان الکترومغناطیسی برای اولین بار در آزمایشات PN Lebedev بر روی اندازه گیری فشار نور در سال 1899 به طور تجربی کشف شد. یک میدان الکترومغناطیسی همیشه دارای انرژی است. چگالی انرژی میدان الکترومغناطیسی = 1/2 (ED + VN).

میدان الکترومغناطیسی در فضا پخش می شود. چگالی شار انرژی میدان الکترومغناطیسی توسط بردار Poiting تعیین می شود S =، واحد اندازه گیری W / m 2. جهت بردار Poiting عمود است Eو اچو با جهت انتشار انرژی الکترومغناطیسی منطبق است. مقدار آن برابر است با انرژی منتقل شده از طریق واحد سطح عمود بر اسدر واحد زمان چگالی پالس میدانی در خلاء K = S / s 2 = / s 2.

در فرکانس‌های بالای میدان الکترومغناطیسی، خواص کوانتومی آن ضروری می‌شود و میدان الکترومغناطیسی را می‌توان به عنوان شار کوانتوم‌های میدان - فوتون‌ها در نظر گرفت. در این مورد، میدان الکترومغناطیسی توضیح داده شده است

در 1860-1865. یکی از بزرگترین فیزیکدانان قرن نوزدهم جیمز کلرک ماکسولیک نظریه ایجاد کرد میدان الکترومغناطیسیبه گفته ماکسول، پدیده القای الکترومغناطیسی به شرح زیر توضیح داده شده است. اگر در نقطه ای از فضا میدان مغناطیسی در زمان تغییر کند، میدان الکتریکی نیز در آنجا تشکیل می شود. اگر یک هادی بسته در میدان وجود داشته باشد، میدان الکتریکی جریان القایی را در آن القا می کند. از نظریه ماکسول بر می آید که فرآیند معکوس نیز امکان پذیر است. اگر در منطقه خاصی از فضا، میدان الکتریکی در زمان تغییر کند، در اینجا یک میدان مغناطیسی نیز تشکیل می شود.

بنابراین، هر تغییری در میدان مغناطیسی با زمان منجر به ظهور یک میدان الکتریکی متغیر می‌شود و هر تغییری در میدان الکتریکی با زمان، یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می‌کند. این میدان های الکتریکی و مغناطیسی متناوب که یکدیگر را تولید می کنند، یک میدان الکترومغناطیسی واحد را تشکیل می دهند.

خواص امواج الکترومغناطیسی

مهمترین نتیجه ای که از نظریه میدان الکترومغناطیسی فرموله شده توسط ماکسول به دست می آید، پیش بینی احتمال وجود امواج الکترومغناطیسی است. موج الکترومغناطیسی - انتشار میدان های الکترومغناطیسی در فضا و زمان.

امواج الکترومغناطیسی برخلاف امواج الاستیک (صوتی) می توانند در خلاء یا هر ماده دیگری منتشر شوند.

امواج الکترومغناطیسی در خلاء با سرعتی منتشر می شوند c = 299 792 کیلومتر بر ثانیهیعنی با سرعت نور.

در ماده، سرعت موج الکترومغناطیسی کمتر از خلاء است. رابطه بین طول موج، سرعت آن، دوره و فرکانس نوسانات به دست آمده برای امواج مکانیکی نیز برای امواج الکترومغناطیسی انجام می شود:

نوسانات بردار کشش Eو بردار القای مغناطیسی بدر صفحات عمود بر هم و عمود بر جهت انتشار موج (بردار سرعت) رخ می دهد.

یک موج الکترومغناطیسی حامل انرژی است.

محدوده امواج الکترومغناطیسی

در اطراف ما دنیای پیچیده ای از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس های مختلف وجود دارد: تشعشعات مانیتورهای کامپیوتر، تلفن های همراه، اجاق های مایکروویو، تلویزیون ها و غیره. در حال حاضر، تمام امواج الکترومغناطیسی بر اساس طول موج به شش محدوده اصلی تقسیم می شوند.

امواج رادیویی- این امواج الکترومغناطیسی (با طول موج 10000 متر تا 0.005 متر) هستند که برای انتقال سیگنال ها (اطلاعات) در فاصله ای بدون سیم استفاده می شوند. در ارتباطات رادیویی، امواج رادیویی توسط جریان های فرکانس بالا که از طریق آنتن می گذرد ایجاد می شوند.

تابش الکترومغناطیسی با طول موج 0.005 متر تا 1 میکرومتر، یعنی. قرار گرفتن بین دامنه امواج رادیویی و محدوده نور مرئی نامیده می شود اشعه مادون قرمز... اشعه مادون قرمز از هر جسم گرم شده ساطع می شود. کوره ها، باتری ها، لامپ های رشته ای الکتریکی به عنوان منابع تابش مادون قرمز عمل می کنند. با کمک دستگاه های مخصوص می توان تابش مادون قرمز را به نور مرئی تبدیل کرد و در تاریکی مطلق تصاویری از اجسام گرم شده به دست آورد.

به نور مرئیبه تشعشعات با طول موج حدود 770 نانومتر تا 380 نانومتر، از قرمز تا بنفش اشاره دارد. اهمیت این بخش از طیف تابش الکترومغناطیسی در زندگی انسان بسیار زیاد است، زیرا فرد تقریباً تمام اطلاعات جهان اطراف خود را با کمک بینایی دریافت می کند.

تابش الکترومغناطیسی نامرئی با چشم با طول موج کمتر از بنفش نامیده می شود. اشعه ماوراء بنفش.این می تواند باکتری های عامل بیماری را از بین ببرد.

تابش اشعه ایکسبا چشم نامرئی بدون جذب قابل توجهی از لایه های قابل توجهی از ماده ای عبور می کند که در برابر نور مرئی کدر است که برای تشخیص بیماری های اندام های داخلی استفاده می شود.

تابش گاماتابش الکترومغناطیسی است که از هسته های برانگیخته ساطع می شود و از برهم کنش ذرات بنیادی ناشی می شود.

اصل ارتباط رادیویی

مدار نوسانی به عنوان منبع امواج الکترومغناطیسی استفاده می شود. برای تابش موثر، مدار "باز" است، یعنی E. شرایطی را برای "رفتن" میدان به فضا ایجاد کنید. این دستگاه مدار نوسانی باز نامیده می شود - آنتن.

ارتباط رادیوییبه انتقال اطلاعات با استفاده از امواج الکترومغناطیسی گفته می شود که فرکانس آن در محدوده تا هرتز است.

رادار (رادار)

دستگاهی که انتقال می دهد امواج فوق کوتاهو بلافاصله آنها را می پذیرد. تابش در پالس های کوتاه انجام می شود. پالس ها از اجسام منعکس می شوند و پس از دریافت و پردازش سیگنال، امکان تعیین فاصله تا جسم را فراهم می کنند.

رادار سرعت به روشی مشابه کار می کند. به این فکر کنید که رادار چگونه سرعت یک ماشین در حال حرکت را تشخیص می دهد.

میدان های الکترومغناطیسی میدان های الکتریکی و مغناطیسی متناوب هستند که یکدیگر را تولید می کنند.
نظریه میدان الکترومغناطیسی توسط جیمز ماکسول در سال 1865 ایجاد شد.

او به طور نظری ثابت کرد که:
هر تغییری در میدان مغناطیسی با زمان منجر به ظهور یک میدان الکتریکی در حال تغییر می شود و هر تغییری در میدان الکتریکی با زمان یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می کند.
اگر بارهای الکتریکی با شتاب حرکت کنند، میدان الکتریکی ایجاد شده توسط آنها به طور متناوب تغییر می کند و خود یک میدان مغناطیسی متناوب در فضا و غیره ایجاد می کند.

منابع میدان الکترومغناطیسی می توانند عبارتند از:
- آهنربای متحرک؛
- یک بار الکتریکی که با شتاب یا نوسان حرکت می کند (برخلاف باری که با سرعت ثابت حرکت می کند، به عنوان مثال، در مورد جریان مستقیم در یک هادی، یک میدان مغناطیسی ثابت در اینجا ایجاد می شود).

یک میدان الکتریکی همیشه در اطراف یک بار الکتریکی وجود دارد، در هر چارچوب مرجع، یک میدان مغناطیسی - در میدانی که بارهای الکتریکی نسبت به آن حرکت می کنند.
یک میدان الکترومغناطیسی در یک چارچوب مرجع وجود دارد که بارهای الکتریکی نسبت به آن با شتاب حرکت می کنند.

راه حل را امتحان کنید

تکه کهربا به پارچه مالیده شد و با الکتریسیته ساکن شارژ شد. در اطراف کهربای غیر منقول چه میدانی می توان یافت؟ در اطراف متحرک؟

جسم باردار نسبت به سطح زمین در حال استراحت است. خودرو به طور مساوی و در یک خط مستقیم نسبت به زمین حرکت می کند. آیا می توان میدان مغناطیسی ثابتی را در چارچوب مرجع مرتبط با خودرو تشخیص داد؟

چه میدانی در اطراف الکترون بوجود می آید اگر: در حالت سکون باشد. با سرعت ثابت حرکت می کند؛ حرکت با شتاب؟

جریانی از الکترون های متحرک یکنواخت در CRT ایجاد می شود. آیا می توان میدان مغناطیسی را در چارچوب مرجع مرتبط با یکی از الکترون های متحرک تشخیص داد؟

امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی یک میدان الکترومغناطیسی است که بسته به خواص محیط با سرعت محدودی در فضا منتشر می شود.

خواص امواج الکترومغناطیسی:
- نه تنها در ماده، بلکه در خلاء نیز پخش می شود.
- در خلاء با سرعت نور (C = 300000 کیلومتر در ثانیه) پخش می شود.
- اینها امواج عرضی هستند.
- اینها امواج مسافرتی (انتقال انرژی) هستند.

بارهای الکتریکی متحرک شتابدار منبع امواج الکترومغناطیسی هستند.
نوسانات بارهای الکتریکی با تابش الکترومغناطیسی با فرکانس برابر با فرکانس نوسانات بارها همراه است.

مقیاس موج الکترومغناطیسی

تمام فضای اطراف ما با تابش الکترومغناطیسی نفوذ کرده است. خورشید، اجسام اطراف ما، آنتن فرستنده ها امواج الکترومغناطیسی ساطع می کنند که بسته به فرکانس نوسان آنها، نام های مختلفی دارند.

امواج رادیویی امواج الکترومغناطیسی (با طول موج بیش از 10000 متر تا 0.005 متر) هستند که برای انتقال سیگنال ها (اطلاعات) در فاصله ای بدون سیم استفاده می شوند.
در ارتباطات رادیویی، امواج رادیویی توسط جریان های فرکانس بالا که از طریق آنتن می گذرد ایجاد می شوند.
امواج رادیویی با طول های مختلف به روش های مختلفی منتشر می شوند.

تابش الکترومغناطیسی با طول موج کمتر از 0.005 متر اما بیشتر از 770 نانومتر، یعنی بین طول موج رادیویی و محدوده نور مرئی قرار دارد، تابش فروسرخ (IR) نامیده می شود.
اشعه مادون قرمز از هر جسم گرم شده ساطع می شود. منابع تشعشعات مادون قرمز اجاق ها، باتری های گرم کننده آب، لامپ های رشته ای الکتریکی هستند. با کمک دستگاه های مخصوص می توان تابش مادون قرمز را به نور مرئی تبدیل کرد و در تاریکی مطلق تصاویری از اجسام گرم شده به دست آورد. اشعه مادون قرمز برای خشک کردن محصولات رنگ شده، دیوارهای ساختمان، چوب استفاده می شود.

نور مرئی به تابش با طول موج تقریبی 770 نانومتر تا 380 نانومتر، از نور قرمز تا بنفش اشاره دارد. مقادیر این قسمت از طیف تابش الکترومغناطیسی در زندگی یک فرد بسیار بالا است، زیرا فرد تقریباً تمام اطلاعات جهان اطراف خود را با کمک بینایی دریافت می کند. نور پیش نیاز رشد گیاهان سبز و در نتیجه پیش نیازی برای وجود حیات بر روی زمین است.

پرتوهای الکترومغناطیسی نامرئی با چشم با طول موج بلند کمتر از نور بنفش است که به آن اشعه ماوراء بنفش (UV) می گویند.اشعه ماوراء بنفش قادر است باکتری های مضر را از بین ببرد، بنابراین در پزشکی کاربرد زیادی دارد. اشعه ماوراء بنفش در ترکیب نور خورشیدباعث فرآیندهای بیولوژیکی می شود که منجر به تیره شدن پوست انسان می شود - برنزه شدن. لامپ های تخلیه به عنوان منبع اشعه ماوراء بنفش در پزشکی استفاده می شود. لوله های چنین لامپ ها از کوارتز ساخته شده است که در برابر اشعه ماوراء بنفش شفاف است. بنابراین به این لامپ ها لامپ های کوارتز می گویند.

اشعه ایکس (Re) برای az نامرئی است. آنها بدون جذب قابل توجهی از لایه های قابل توجهی از ماده ای عبور می کنند که در برابر نور مرئی مات است. اشعه ایکس با توانایی آنها در القای درخشش خاصی از کریستال های خاص و عمل بر روی فیلم عکاسی تشخیص داده می شود. توانایی اشعه ایکس برای نفوذ به لایه های ضخیم از مواد برای تشخیص بیماری های اندام های داخلی انسان استفاده می شود.

میدان الکترومغناطیسی نوعی ماده است که در اطراف بارهای متحرک ایجاد می شود. به عنوان مثال، اطراف یک هادی با جریان. میدان الکترومغناطیسی از دو جزء تشکیل شده است: میدان الکتریکی و مغناطیسی. آنها نمی توانند مستقل از یکدیگر وجود داشته باشند. یک چیز دیگری را به وجود می آورد. هنگامی که میدان الکتریکی تغییر می کند، بلافاصله یک میدان مغناطیسی ظاهر می شود. سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی V = C / EMجایی که هو متربه ترتیب نفوذپذیری مغناطیسی و دی الکتریک محیطی که موج در آن منتشر می شود. یک موج الکترومغناطیسی در خلاء با سرعت نور، یعنی 300000 کیلومتر در ثانیه منتشر می شود. از آنجایی که نفوذپذیری دی الکتریک و مغناطیسی خلاء برابر با 1 در نظر گرفته می شود. وقتی میدان الکتریکی تغییر می کند، میدان مغناطیسی ایجاد می شود. از آنجایی که میدان الکتریکی ایجاد کننده آن ثابت نیست (یعنی در زمان تغییر می کند)، میدان مغناطیسی نیز متغیر خواهد بود. میدان مغناطیسی در حال تغییر، به نوبه خود، یک میدان الکتریکی ایجاد می کند و غیره. بنابراین، برای میدان بعدی (مهم نیست که الکتریکی یا مغناطیسی باشد)، منبع میدان قبلی خواهد بود، نه منبع اصلی، یعنی رسانایی با جریان. بنابراین، حتی پس از قطع جریان در هادی، میدان الکترومغناطیسی به وجود خود ادامه می دهد و در فضا پخش می شود. یک موج الکترومغناطیسی در فضا در همه جهات از منبع خود منتشر می شود. می توانید تصور کنید که یک لامپ روشن می شود، پرتوهای نور از آن در همه جهات پخش می شوند. هنگامی که یک موج الکترومغناطیسی منتشر می شود، انرژی را در فضا منتقل می کند. هر چه جریان در هادی که باعث ایجاد میدان می شود قوی تر باشد، انرژی حمل شده توسط موج بیشتر است. همچنین انرژی بستگی به فرکانس امواج ساطع شده دارد که با افزایش 2.3.4 برابری انرژی موج به ترتیب 4.9.16 برابر می شود. یعنی انرژی انتشار موج با مجذور فرکانس متناسب است. بهترین شرایط برای انتشار موج زمانی ایجاد می شود که طول هادی برابر با طول موج باشد. خطوط مغناطیسی و الکتریکی نیرو به طور متقابل عمود پرواز خواهند کرد. خطوط مغناطیسی نیرو هادی جریان را می پوشانند و همیشه بسته هستند. خطوط نیروی الکتریکی از یک بار به شارژ دیگر می روند. یک موج الکترومغناطیسی همیشه یک موج برشی است. یعنی خطوط نیرو اعم از مغناطیسی و الکتریکی در صفحه ای عمود بر جهت انتشار قرار دارند. قدرت میدان الکترومغناطیسی مشخصه قدرت میدان است. همچنین کشش، کمیت برداری، یعنی شروع و جهت دارد. شدت میدان به صورت مماس بر خطوط نیرو هدایت می شود. از آنجایی که قدرت میدان های الکتریکی و مغناطیسی بر یکدیگر عمود هستند، قاعده ای وجود دارد که با آن می توان جهت انتشار موج را تعیین کرد. هنگامی که پیچ در کوتاه ترین مسیر از بردار شدت میدان الکتریکی به بردار شدت میدان مغناطیسی می چرخد، حرکت انتقالی پیچ جهت انتشار موج را نشان می دهد.

میدان مغناطیسی و ویژگی های آن وقتی جریان الکتریکی از یک هادی عبور می کند، الف یک میدان مغناطیسی. یک میدان مغناطیسی یکی از انواع ماده را نشان می دهد. دارای انرژی است که خود را به شکل نیروهای الکترومغناطیسی که بر روی بارهای الکتریکی متحرک جداگانه (الکترون ها و یون ها) و بر جریان آنها، یعنی جریان الکتریکی اثر می کنند، نشان می دهد. ذرات باردار متحرک تحت تأثیر نیروهای الکترومغناطیسی از مسیر اصلی خود در جهتی عمود بر میدان منحرف می شوند (شکل 34). میدان مغناطیسی تشکیل می شودفقط در اطراف بارهای الکتریکی متحرک، و عمل آن نیز فقط به بارهای متحرک گسترش می یابد. میدان های مغناطیسی و الکتریکیجدایی ناپذیر و با هم یک واحد را تشکیل می دهند میدان الکترومغناطیسی... هر تغییر میدان الکتریکیمنجر به ظهور میدان مغناطیسی می شود و برعکس، هر تغییری در میدان مغناطیسی با ظهور میدان الکتریکی همراه است. میدان الکترومغناطیسیبا سرعت نور یعنی 300000 کیلومتر بر ثانیه منتشر می شود.

نمایش گرافیکی میدان مغناطیسیاز نظر گرافیکی، میدان مغناطیسی با خطوط مغناطیسی نیرو ترسیم می شود که جهت خط نیرو در هر نقطه از میدان با جهت نیروهای میدان منطبق است. خطوط مغناطیسی نیرو همیشه پیوسته و بسته هستند. جهت میدان مغناطیسی در هر نقطه را می توان با استفاده از فلش مغناطیسی تعیین کرد. قطب شمال پیکان همیشه در جهت نیروهای میدانی قرار دارد. انتهای آهنربای دائمی که خطوط نیرو از آن خارج می شوند (شکل 35، الف) قطب شمال در نظر گرفته می شود و طرف مقابل که خطوط نیرو وارد آن می شوند، قطب جنوب می باشد. خطوط نیرویی که از آهنربا عبور می کنند نشان داده نمی شوند). توزیع خطوط نیرو بین قطب های یک آهنربای مسطح را می توان با استفاده از براده های فولادی که بر روی یک ورق کاغذ قرار داده شده روی قطب ها ریخته شده تشخیص داد (شکل 35، ب). میدان مغناطیسی در شکاف هوا بین دو قطب موازی مقابل یک آهنربای دائمی با توزیع یکنواخت خطوط میدان مغناطیسی مشخص می شود (شکل 36).