Shmelev V.E., sbitnev S.A. teoretyczne podstawy elektrotechniki

1. Wstęp. Przedmiot studiów z waleologii.

3. Główne źródła pola elektromagnetycznego.

5. Metody ochrony zdrowia ludzkiego przed skutkami elektromagnetycznymi.

6. Wykaz wykorzystanych materiałów i literatury.

1. Wstęp. Przedmiot studiów z waleologii.

1.1 Wprowadzenie.

Waleologia - od łac. "Valeo" - "cześć" - dyscyplina naukowa badanie indywidualnego zdrowia osoby zdrowej. Podstawowa różnica między waleologią a innymi dyscyplinami (w szczególności z medycyny praktycznej) polega właśnie na indywidualnym podejściu do oceny zdrowia każdego konkretnego przedmiotu (bez uwzględnienia ogólnych i uśrednionych danych dla dowolnej grupy).

Po raz pierwszy waleologia jako dyscyplina naukowa została oficjalnie zarejestrowana w 1980 roku. Jej założycielem był rosyjski naukowiec I.I.Brekhman, który pracował na Władywostoku Państwowym Uniwersytecie.

Obecnie aktywnie rozwija się nowa dyscyplina, narasta praca naukowa i aktywnie prowadzone są badania praktyczne. Stopniowo następuje przejście od statusu dyscypliny naukowej do statusu samodzielnej nauki.

1.2 Przedmiot studiów w waleologii.

Przedmiotem badań w waleologii jest indywidualne zdrowie osoby zdrowej i czynniki na nie wpływające. Również waleologia zajmuje się usystematyzowaniem zdrowego stylu życia z uwzględnieniem indywidualności danego przedmiotu.

W chwili obecnej najczęstszą definicją pojęcia „zdrowie” jest definicja zaproponowana przez ekspertów Światowej Organizacji Zdrowia (WHO):

Zdrowie to stan dobrego samopoczucia fizycznego, psychicznego i społecznego.

Współczesna waleologia identyfikuje następujące główne cechy indywidualnego zdrowia:

1. Życie jest najbardziej złożonym przejawem istnienia materii, który złożonością przewyższa różne reakcje fizyczne, chemiczne i biologiczne.

2. Homeostaza to quasi-statyczny stan form życia, charakteryzujący się zmiennością w stosunkowo długich odstępach czasu i praktyczną statycznością w małych.

3. Adaptacja – właściwość form życia do przystosowania się do zmieniających się warunków egzystencji i przeciążeń. W przypadku zaburzeń adaptacyjnych lub zbyt gwałtownych i radykalnych zmian warunków, dochodzi do nieprzystosowania – stresu.

4. Fenotyp – połączenie czynników środowiskowych wpływających na rozwój żywego organizmu. Również termin „fenotyp” charakteryzuje całość cech rozwoju i fizjologii organizmu.

5. Genotyp – połączenie czynników dziedzicznych wpływających na rozwój żywego organizmu, które są połączeniem materiału genetycznego rodziców. Kiedy zdeformowane geny są przekazywane od rodziców, powstają dziedziczne patologie.

6. Styl życia – zbiór stereotypów i norm behawioralnych charakteryzujących dany organizm.

Zdrowie (zgodnie z definicją WHO).

2. Pole elektromagnetyczne, jego rodzaje, charakterystyka i klasyfikacja.

2.1 Podstawowe definicje. Rodzaje elektro pole magnetyczne.

Pole elektromagnetyczne to specjalna forma materii, przez którą zachodzi interakcja między elektrycznie naładowanymi cząstkami.

Pole elektryczne - wytworzone przez ładunki elektryczne i naładowane cząstki w przestrzeni. Rysunek przedstawia obraz linii sił (linie urojone używane do wizualizacji pól) pola elektrycznego dla dwóch spoczywających naładowanych cząstek:

Pole magnetyczne - powstaje, gdy ładunki elektryczne poruszają się wzdłuż przewodnika. Obraz linii pola dla pojedynczego przewodu pokazano na rysunku:

Fizyczny powód istnienia pole elektromagnetyczne jest to, że zmienne w czasie pole elektryczne wzbudza pole magnetyczne, a zmienne pole magnetyczne - wirowe pole elektryczne. Poprzez ciągłe zmiany oba składniki wspierają istnienie pola elektromagnetycznego. Pole nieruchomej lub poruszającej się równomiernie cząstki jest nierozerwalnie związane z nośnikiem (cząstka naładowana).

Jednak wraz z przyspieszonym ruchem nośników pole elektromagnetyczne „odrywa się” od nich i istnieje w środowisku samodzielnie, w postaci fali elektromagnetycznej, nie zanikając wraz z usunięciem nośnika (np. fale radiowe nie znikają, gdy prąd zanika (ruch nośników - elektronów) w emitującej je antenie).

2.2 Główne cechy pola elektromagnetycznego.

Pole elektryczne charakteryzuje się natężeniem pola elektrycznego (oznaczenie „E”, wymiar SI - V/m, wektor). Pole magnetyczne charakteryzuje się natężeniem pola magnetycznego (oznaczenie „H”, wymiar SI - A/m, wektor). Zwykle mierzy się moduł (długość) wektora.

Fale elektromagnetyczne charakteryzują się długością fali (oznaczenie „(”, wymiar SI – m), źródło ich emisji – częstotliwość (oznaczenie – „(”, wymiar SI – Hz). Na rysunku E – wektor natężenia pola elektrycznego, H – wektor natężenia pola magnetycznego ...

Przy częstotliwościach 3 - 300 Hz pojęcie indukcji magnetycznej (oznaczenie "B", wymiar SI - T) może być również wykorzystane jako charakterystyka pola magnetycznego.

2.3 Klasyfikacja pól elektromagnetycznych.

Najczęściej stosowana jest tak zwana „strefowa” klasyfikacja pól elektromagnetycznych według stopnia odległości od źródła/nośnika.

Zgodnie z tą klasyfikacją pole elektromagnetyczne dzieli się na strefy „bliskie” i „dalekie”. Strefa „bliska” (czasami nazywana strefą indukcyjną) rozciąga się na odległość od źródła równą 0-3 generowana fala elektromagnetyczna nie jest jeszcze w pełni uformowana.

Strefa „daleka” to strefa uformowanej fali elektromagnetycznej. Tutaj natężenie pola maleje odwrotnie proporcjonalnie do odległości od źródła. W tej strefie obowiązuje wyznaczona eksperymentalnie zależność między natężeniem pola elektrycznego i magnetycznego:

gdzie 377 jest stałą impedancją falową próżni, Ohm.

Fale elektromagnetyczne są zwykle klasyfikowane według ich częstotliwości:

| Ekstremalnie niski, | Hz | Dekamegametr | Mm |

| Ultra-niski, VLF | Hz |Megametr | Mm |

| Bardzo niski, VLF | KHz | Myriametr | km |

| Niskie częstotliwości, basy | KHz |Kilometr | km |

| Średnia, średnia | MHz | Hektometryczny | km |

|Wysoki, HF | MHz | Dekametr | m |

|Bardzo wysoki, VHF | MHz | Metry | m |

|Bardzo wysoki, UHF | GHz | Decymetr | m |

| Superwysoka, mikrofala | | GHz | Centymetr | cm |

| Niezwykle wysoki, | GHz |Milimetr | mm |

Zwykle mierzy się tylko natężenie pola elektrycznego E. Przy częstotliwościach powyżej 300 MHz czasami mierzy się gęstość strumienia energii fali lub wektor Poytinga (oznaczenie „S”, wymiar SI - W / m2).

3. Główne źródła pola elektromagnetycznego.

Głównymi źródłami pola elektromagnetycznego są:

Linie energetyczne.

Okablowanie elektryczne (wewnątrz budynków i budowli).

Elektryczne urządzenia gospodarstwa domowego.

Komputery osobiste.

Stacje nadawcze telewizyjne i radiowe.

Łączność satelitarna i komórkowa (urządzenia, repeatery).

Transport elektryczny.

Instalacje radarowe.

3.1 Linie energetyczne (PTL).

Przewody działającej linii elektroenergetycznej wytwarzają pole elektromagnetyczne o częstotliwości przemysłowej (50 Hz) w sąsiedniej przestrzeni (w odległości kilkudziesięciu metrów od przewodu). Co więcej, natężenie pola w pobliżu linii może zmieniać się w szerokim zakresie, w zależności od jej obciążenia elektrycznego. Normy wyznaczają granice stref ochrony sanitarnej w pobliżu linii energetycznych (wg SN 2971-84):

| Napięcie robocze | 330 i poniżej | 500 | 750 | 1150 |

| Rozmiar | 20 | 30 | 40 | 55 |

(w rzeczywistości granice strefy ochrony sanitarnej są ustawione wzdłuż linii granicznej najdalej od przewodów o maksymalnym natężeniu pola elektrycznego, równej 1 kV / m).

3.2 Okablowanie

Okablowanie elektryczne obejmuje: kable zasilające do budowy systemów podtrzymywania życia, przewody dystrybucji energii, a także panele rozgałęźne, skrzynki zasilające i transformatory. Okablowanie elektryczne jest głównym źródłem pól elektromagnetycznych o częstotliwości energetycznej w pomieszczeniach mieszkalnych. W tym przypadku poziom natężenia pola elektrycznego emitowanego przez źródło jest często stosunkowo niski (nie przekracza 500 V/m).

3.3 Elektryczne urządzenia gospodarstwa domowego.

Wszystkie urządzenia gospodarstwa domowego wykorzystujące prąd elektryczny są źródłami pól elektromagnetycznych. W takim przypadku poziom promieniowania zmienia się w najszerszym zakresie w zależności od modelu, urządzenia urządzenia i konkretnego trybu pracy. Również poziom promieniowania silnie zależy od poboru mocy urządzenia - im wyższa moc, tym wyższy poziom pola elektromagnetycznego podczas pracy urządzenia. Natężenie pola elektrycznego w pobliżu urządzeń gospodarstwa domowego nie przekracza kilkudziesięciu V/m.

Poniższa tabela przedstawia maksymalne dopuszczalne poziomy indukcji magnetycznej dla najpotężniejszych źródeł pola magnetycznego wśród domowych urządzeń elektrycznych:

| Urządzenie | Przedział maksymalnej dopuszczalnej | |

| | wartości indukcji magnetycznej, μT |

| maker Ekspres do kawy | |

Pralka | |

|Żelazo | |

| Odkurzacz | |

| stove Kuchenka elektryczna | |

| Lampa „światło dzienne” (świetlówki LTP, | |

| Wiertarka elektryczna (silnik elektryczny | |

| moc W) | |

| Mikser elektryczny (moc silnika elektrycznego | |

| W) | |

| Telewizja | |

| Kuchenka mikrofalowa (indukcyjna, mikrofalowa) | |

3.4 Komputery osobiste.

Głównym źródłem negatywnych skutków zdrowotnych u użytkownika komputera jest funkcja wizualnego wyświetlania (VSS) monitora. W większości nowoczesnych monitorów CBO jest lampą katodową. W tabeli wymieniono główne czynniki wpływu WAS na zdrowie:

| Ergonomia | Czynniki oddziaływania elektromagnetycznego |

| | pole lampy elektronopromieniowej |

| Znaczący spadek kontrastu | Pole elektromagnetyczne w częstotliwości |

|obraz odtworzony w zakresie |MHz. |

|Zewnętrzne podświetlenie ekranu bezpośrednimi promieniami | |

| | |

| Zwierciadlane odbicie promieni światła od | Ładunek elektrostatyczny na powierzchni |

powierzchnia ekranu (odblask). ekran monitora. |

| Postać z kreskówki | Promieniowanie ultrafioletowe (zakres |

|odwzorowanie obrazu |długości fal nm). |

| (ciągła aktualizacja wysokiej częstotliwości | |

| Obraz dyskretny | Podczerwień i promieniowanie rentgenowskie |

| (podział na punkty). promieniowanie jonizujące. |

W przyszłości jako główne czynniki wpływu SWO na zdrowie będziemy brać pod uwagę jedynie czynniki ekspozycji na pole elektromagnetyczne lampy katodowej.

Oprócz monitora i jednostki systemowej komputer osobisty może również zawierać wiele innych urządzeń (takich jak drukarki, skanery, zabezpieczenia przeciwprzepięciowe itp.). Wszystkie te urządzenia pracują z wykorzystaniem prądu elektrycznego, co oznacza, że są źródłem pola elektromagnetycznego. Poniższa tabela przedstawia środowisko elektromagnetyczne w pobliżu komputera (udział monitora nie jest uwzględniany w tej tabeli, ponieważ zostało to omówione wcześniej):

| Źródło | Wygenerowany zakres częstotliwości |

| | pole elektromagnetyczne |

| Montaż jednostki systemowej. |. |

| Urządzenia wejścia-wyjścia (drukarki, | Hz. |

skanery, dyskietki itp.). | |

Zasilacze bezprzerwowe, |. |

ochronniki przeciwprzepięciowe i stabilizatory. | |

Pole elektromagnetyczne komputerów osobistych ma złożony skład falowy i spektralny i jest trudne do zmierzenia i określenia ilościowego. Posiada elementy magnetyczne, elektrostatyczne i radiacyjne (w szczególności potencjał elektrostatyczny osoby siedzącej przed monitorem może wynosić od –3 do +5 V). Biorąc pod uwagę stan, w którym komputery osobiste są obecnie aktywnie wykorzystywane we wszystkich gałęziach ludzkiej działalności, ich wpływ na ludzkie zdrowie podlega starannym badaniom i kontroli.

3.5 Stacje nadawcze telewizyjne i radiowe.

Na terytorium Rosji znajduje się obecnie znaczna liczba rozgłośni radiowych i ośrodków różnych afiliacji.

Stacje i ośrodki nadawcze znajdują się na specjalnie wyznaczonych obszarach i mogą zajmować dość duże terytoria (do 1000 hektarów). Swoją konstrukcją obejmują jeden lub więcej budynków technicznych, w których znajdują się nadajniki radiowe, oraz pola antenowe, na których znajduje się do kilkudziesięciu systemów zasilania antenowego (AFS). Każdy system zawiera antenę promieniującą i linię zasilającą, która dostarcza sygnał nadawczy.

Pole elektromagnetyczne emitowane przez anteny radiostacji ma złożony skład spektralny i indywidualny rozkład natężeń w zależności od konfiguracji anten, ukształtowania terenu i architektury sąsiednich budynków. W tabeli przedstawiono uśrednione dane dla różnych typów rozgłośni radiowych:

centrum. elektryczne pole magnetyczne, | |

| DV - stacje radiowe | 630 | 1.2 | Najwyższe napięcie |

|KHz, | | | Odległości mniejsze niż 1 długość |

| moc | | | fale z emisji |

|Nadajniki 300 - | | anteny. |

|500 kW). | | | |

| moc | | | obniżanie napięcia |

| nadajniki 50 - | | pole elektryczne. |

| 200 KW). | | | |

| HF - stacje radiowe | 44 | 0.12 | Nadajniki mogą być |

| MHz, | | | gęsto zabudowany |

| moc | | | terytoria, a także | |

|Nadajniki 10 - | | dachy budynków mieszkalnych. |

| 100 KW). | | | |

| MHz, | | | poziom budynku. |

| moc | | | |

3.6 Łączność satelitarna i komórkowa.

3.6.1 Łączność satelitarna.

Systemy łączności satelitarnej składają się ze stacji nadawczej na Ziemi i podróżników - repeaterów na orbicie. Stacje nadawcze komunikacji satelitarnej emitują wąsko ukierunkowaną wiązkę fal, w której gęstość strumienia energii sięga setek W/m. Systemy komunikacji satelitarnej wytwarzają silne pola elektromagnetyczne w znacznych odległościach od anten. Przykładowo stacja o mocy 225 kW pracująca z częstotliwością 2,38 GHz generuje gęstość strumienia energii 2,8 W/m2 na odległość 100 km. Rozpraszanie energii względem wiązki głównej jest bardzo małe i występuje przede wszystkim w bezpośrednim sąsiedztwie anteny.

3.6.2 Komunikacja komórkowa.

Radiotelefonia komórkowa jest dziś jednym z najszybciej rozwijających się systemów telekomunikacyjnych. Podstawowymi elementami systemu łączności komórkowej są stacje bazowe i radiotelefony mobilne. Stacje bazowe utrzymują łączność radiową z urządzeniami mobilnymi, dzięki czemu są źródłem pola elektromagnetycznego. System wykorzystuje zasadę podziału obszaru pokrycia na strefy, czyli tzw. „komórki”, o promieniu km. Poniższa tabela przedstawia główne cechy systemów komunikacji komórkowej działających w Rosji:

| | | | | | km. |

|NMT450. | |

| Analogowe. | 5] | 5] | | | |

| ||| 100 | 0,6 | |

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

|136). | | | | | |

| ||| 100 | 0,6 | |

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

|GSM-1800. | |

| Cyfrowe. | 0] | 5] | | | |

Intensywność promieniowania stacji bazowej zależy od obciążenia, czyli obecności właścicieli telefonów komórkowych w obszarze obsługi danej stacji bazowej i ich chęci korzystania z telefonu do rozmowy, co z kolei zasadniczo zależy od pory dnia, lokalizacji stacji, dnia tygodnia i innych czynników. W nocy obciążenie stacji jest praktycznie zerowe. Natężenie promieniowania urządzeń mobilnych w dużej mierze zależy od stanu kanału komunikacyjnego „mobilny radiotelefon – stacja bazowa” (im większa odległość od stacji bazowej, tym większe natężenie promieniowania urządzenia).

3.7 Transport elektryczny.

Transport elektryczny (trolejbusy, tramwaje, metro itp.) jest potężnym źródłem pola elektromagnetycznego w zakresie częstotliwości Hz. Jednocześnie w zdecydowanej większości przypadków głównym emiterem jest silnik trakcyjny (dla trolejbusów i tramwajów kolektory powietrza pod względem natężenia emitowanego pola elektrycznego konkurują z silnikiem elektrycznym). Tabela zawiera dane dotyczące zmierzonej wartości indukcji magnetycznej dla niektórych rodzajów transportu elektrycznego:

| Rodzaj transportu i rodzaj | Wartość średnia | Wartość maksymalna |

zużyty prąd. indukcja magnetyczna, μT. | wielkość pola magnetycznego |

| | indukcja, μT. |

| Podmiejskie pociągi elektryczne | 20 | 75 |

| Transport elektryczny z | 29 | 110 |

|Napęd prądu stałego | | |

|(samochody elektryczne itp.). | | |

3.8 Instalacje radarowe.

Instalacje radarowe i radarowe zwykle mają anteny typu reflektorowego ("talerze") i emitują wąską wiązkę radiową.

Okresowy ruch anteny w przestrzeni prowadzi do przestrzennej nieciągłości promieniowania. Występuje również chwilowa nieciągłość promieniowania, spowodowana cykliczną pracą radaru na promieniowanie. Działają na częstotliwościach od 500 MHz do 15 GHz, ale niektóre specjalne instalacje mogą działać na częstotliwościach do 100 GHz lub więcej. Ze względu na szczególny charakter promieniowania mogą tworzyć na gruncie obszary o dużej gęstości strumienia energii (100 W/m2 lub więcej).

4. Wpływ pola elektromagnetycznego na indywidualne zdrowie człowieka.

Ciało ludzkie zawsze reaguje na zewnętrzne pole elektromagnetyczne. Ze względu na różny skład fal i inne czynniki, pole elektromagnetyczne różnych źródeł w różny sposób wpływa na zdrowie człowieka. W związku z tym w tej sekcji wpływ różnych źródeł na zdrowie zostanie omówiony oddzielnie. Jednak pole sztucznych źródeł, ostro niezgodne z naturalnym tłem elektromagnetycznym, prawie we wszystkich przypadkach ma negatywny wpływ na zdrowie ludzi znajdujących się w strefie jego oddziaływania.

W latach 60-tych rozpoczęto w naszym kraju szeroko zakrojone badania wpływu pól elektromagnetycznych na zdrowie. Stwierdzono, że układ nerwowy człowieka jest wrażliwy na efekty elektromagnetyczne, a także, że pole to ma tzw. efekt informacyjny, gdy jest wystawione na człowieka w natężeniu poniżej wartości progowej efektu termicznego (wartości natężenia pola, przy której jego efekt termiczny zaczyna się manifestować).

W poniższej tabeli wymieniono najczęstsze skargi dotyczące pogorszenia stanu zdrowia ludzi na obszarze objętym oddziaływaniem różnych źródeł. Kolejność i numeracja źródeł w tabeli odpowiada ich kolejności i numeracji przyjętej w rozdziale 3:

| Źródło | Najczęstsze skargi. |

| elektromagnetyczny | |

| 1. Linie | Krótkotrwałe napromienianie (rzędu kilku minut) jest w stanie |

linie energetyczne (linie energetyczne). | prowadzić do negatywnej reakcji tylko w szczególnie wrażliwych |

| | osoby lub pacjenci z pewnymi rodzajami alergii |

| | choroby. Długotrwałe narażenie zwykle prowadzi do |

| |różne patologie układu sercowo-naczyniowego i układy nerwowe |

| | (z powodu braku równowagi w podsystemie regulacji nerwowej). Kiedy |

| superdługie (około 10-20 lat) ciągłe napromienianie |

| | możliwy (według niezweryfikowanych danych) rozwój niektórych | |

| choroby onkologiczne. |

|2. Dane wewnętrzne | Bieżące pogarszające się dane dotyczące skarg |

| okablowanie elektryczne budynków | zdrowie, bezpośrednio związane z pracami wewnętrznymi |

|i struktury. | sieci energetyczne nie są dostępne. |

| 3. Gospodarstwo domowe | Istnieją niezweryfikowane dane dotyczące dolegliwości skórnych, |

urządzenia elektryczne. Patologia układu sercowo-naczyniowego i nerwowego z długotrwałą |

| systematyczne używanie starych kuchenek mikrofalowych |

| | modele (do wydania 1995). Istnieją również podobne |

| |Dane dotyczące używania kuchenek mikrofalowych wszystkie |

| | modele w warunkach produkcyjnych (np. do rozgrzania |

| jedzenie w kawiarni). Oprócz kuchenek mikrofalowych istnieją dane dotyczące |

| | negative negatywny wpływ na zdrowie osób z telewizorami w |

| jako urządzenie do wizualizacji lampy elektronopromieniowej. |

Pole elektromagnetyczne, specjalna forma materii. Oddziaływanie między naładowanymi cząstkami odbywa się za pomocą pola elektromagnetycznego.

Zachowanie pola elektromagnetycznego jest badane przez klasyczną elektrodynamikę. Pole elektromagnetyczne jest opisane równaniami Maxwella, które wiążą wielkości charakteryzujące pole z jego źródłami, czyli z ładunkami i prądami rozłożonymi w przestrzeni. Pole elektromagnetyczne nieruchomych lub poruszających się równomiernie naładowanych cząstek jest nierozerwalnie związane z tymi cząsteczkami; przy przyspieszonym ruchu cząstek pole elektromagnetyczne „odrywa się” od nich i istnieje niezależnie w postaci fal elektromagnetycznych.

Z równań Maxwella wynika, że zmienne pole elektryczne generuje pole magnetyczne, a zmienne pole magnetyczne generuje elektryczność, dlatego pole elektromagnetyczne może istnieć przy braku ładunków. Wytwarzanie pola elektromagnetycznego przez zmienne pole magnetyczne i pola magnetycznego przez zmienne elektryczne prowadzi do tego, że pola elektryczne i magnetyczne nie istnieją oddzielnie, niezależnie od siebie. Dlatego pole elektromagnetyczne jest rodzajem materii, określanym we wszystkich punktach przez dwie wielkości wektorowe, które charakteryzują jego dwie składowe - „pole elektryczne” i „pole magnetyczne”, i wywiera siłę oddziaływania na naładowane cząstki, w zależności od ich prędkości i wielkość ich ładunku.

Pole elektromagnetyczne w próżni, czyli w stanie swobodnym, niezwiązanym z cząsteczkami materii, istnieje w postaci fal elektromagnetycznych i rozchodzi się w próżni przy braku bardzo silnych pól grawitacyjnych z prędkością, jednakowa prędkość Sveta C= 2,998. 10 8 m/s. Takie pole charakteryzuje się natężeniem pola elektrycznego mi i indukcja magnetyczna V... Do opisu pola elektromagnetycznego w medium wykorzystuje się również wartości indukcji elektrycznej D i natężenie pola magnetycznego n... W materii, a także w obecności bardzo silnych pól grawitacyjnych, czyli w pobliżu bardzo dużych mas materii, prędkość propagacji pola elektromagnetycznego jest mniejsza niż C.

Składowe wektorów charakteryzujących pole elektromagnetyczne tworzą, zgodnie z teorią względności, pojedynczy wielkość fizyczna- tensor pola elektromagnetycznego, którego składowe są przekształcane podczas przechodzenia z jednego układu inercjalnego do drugiego zgodnie z transformacjami Lorentza.

Pole elektromagnetyczne ma energię i pęd. Istnienie impulsu pola elektromagnetycznego zostało po raz pierwszy odkryte eksperymentalnie w eksperymentach PN Lebiediewa dotyczących pomiaru ciśnienia światła w 1899 roku. Pole elektromagnetyczne zawsze ma energię. Gęstość energii pola elektromagnetycznego = 1/2 (ED + VN).

Pole elektromagnetyczne rozprzestrzenia się w przestrzeni. Gęstość strumienia energii pola elektromagnetycznego jest określona przez wektor Poiting S =, jednostka miary W / m 2. Kierunek wektora Poitinga jest prostopadły mi oraz h i pokrywa się z kierunkiem propagacji energii elektromagnetycznej. Jego wartość jest równa energii przekazanej przez jednostkę powierzchni prostopadłą do S na jednostkę czasu. Gęstość impulsu pola w próżni K = S / s 2 = / s 2.

Przy wysokich częstotliwościach pola elektromagnetycznego jego właściwości kwantowe stają się istotne, a pole elektromagnetyczne można traktować jako strumień kwantów pola - fotonów. W tym przypadku opisano pole elektromagnetyczne

W latach 1860-1865. jeden z największych fizyków XIX wieku James Clerk Maxwell stworzył teorię pole elektromagnetyczne. Według Maxwella zjawisko indukcji elektromagnetycznej wyjaśniono w następujący sposób. Jeśli w jakimś punkcie przestrzeni pole magnetyczne zmienia się w czasie, to tam również powstaje pole elektryczne. Jeśli w polu znajduje się zamknięty przewodnik, to pole elektryczne indukuje w nim prąd indukcyjny. Z teorii Maxwella wynika, że możliwy jest również proces odwrotny. Jeśli w pewnym obszarze przestrzeni pole elektryczne zmienia się w czasie, to i tutaj powstaje pole magnetyczne.

Zatem każda zmiana pola magnetycznego w czasie prowadzi do powstania zmiennego pola elektrycznego, a każda zmiana pola elektrycznego w czasie generuje zmienne pole magnetyczne. Te naprzemienne pola elektryczne i magnetyczne, które się wzajemnie generują, tworzą jedno pole elektromagnetyczne.

Właściwości fal elektromagnetycznych

Najważniejszym wnioskiem wynikającym z teorii pola elektromagnetycznego sformułowanej przez Maxwella jest przewidywanie możliwości istnienia fal elektromagnetycznych. Fala elektromagnetyczna - propagacja pól elektromagnetycznych w czasie i przestrzeni.

Fale elektromagnetyczne, w przeciwieństwie do fal sprężystych (dźwiękowych), mogą rozchodzić się w próżni lub w dowolnej innej substancji.

Fale elektromagnetyczne w próżni rozchodzą się z prędkością c = 299 792 km / s, czyli z prędkością światła.

W materii prędkość fali elektromagnetycznej jest mniejsza niż w próżni. Zależność między długością fali, jej prędkością, okresem i częstotliwością drgań otrzymanych dla fal mechanicznych przeprowadza się również dla fal elektromagnetycznych:

Fluktuacje wektora napięcia mi i wektor indukcji magnetycznej b występują w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych i prostopadłych do kierunku propagacji fali (wektor prędkości).

Fala elektromagnetyczna przenosi energię.

Zakres fal elektromagnetycznych

Wokół nas jest złożony świat fal elektromagnetycznych o różnych częstotliwościach: promieniowania z monitorów komputerowych, telefonów komórkowych, kuchenek mikrofalowych, telewizorów itp. Obecnie wszystkie fale elektromagnetyczne są podzielone według długości fali na sześć głównych zakresów.

Fale radiowe- są to fale elektromagnetyczne (o długości fali od 10 000 m do 0,005 m), służące do przesyłania sygnałów (informacji) na odległość bez przewodów. W komunikacji radiowej fale radiowe są tworzone przez prądy o wysokiej częstotliwości przepływające przez antenę.

Promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 0,005 m do 1 μm, tj. leżące pomiędzy zasięgiem fal radiowych a zasięgiem światła widzialnego nazywane są promieniowanie podczerwone... Promieniowanie podczerwone jest emitowane przez każde ogrzane ciało. Piekarniki, baterie, żarówki elektryczne służą jako źródła promieniowania podczerwonego. Za pomocą specjalnych urządzeń promieniowanie podczerwone można zamienić na światło widzialne, a obrazy nagrzanych obiektów można uzyskać w całkowitej ciemności.

DO widzialne światło odnosi się do promieniowania o długości fali od około 770 nm do 380 nm, od czerwieni do fioletu. Znaczenie tej części widma promieniowania elektromagnetycznego w życiu człowieka jest niezwykle wysokie, ponieważ człowiek otrzymuje prawie wszystkie informacje o otaczającym go świecie za pomocą wzroku.

Nazywa się promieniowanie elektromagnetyczne niewidoczne dla oka o długości fali mniejszej niż fioletowa promieniowanie ultrafioletowe. Jest zdolny do zabijania bakterii chorobotwórczych.

Promieniowanie rentgenowskie niewidoczne dla oka. Przechodzi bez znaczącej absorpcji przez znaczne warstwy substancji nieprzezroczystej dla światła widzialnego, która służy do diagnozowania chorób narządów wewnętrznych.

Promieniowanie gamma nazywa się promieniowaniem elektromagnetycznym emitowanym przez wzbudzone jądra i powstającym w wyniku oddziaływania cząstek elementarnych.

Zasada komunikacji radiowej

Jako źródło fal elektromagnetycznych wykorzystywany jest obwód oscylacyjny. Dla skutecznego promieniowania obwód jest „otwarty”, tj. E. stworzyć warunki dla pola, aby „wyszło” w kosmos. To urządzenie nazywa się otwartym obwodem oscylacyjnym - antena.

Komunikacja radiowa nazywa się przesyłaniem informacji za pomocą fal elektromagnetycznych, których częstotliwości mieszczą się w zakresie od do Hz.

Radar (radar)

Urządzenie transmitujące fale ultrakrótkie i natychmiast je akceptuje. Promieniowanie odbywa się w krótkich impulsach. Impulsy odbijają się od obiektów, pozwalając, po odebraniu i przetworzeniu sygnału, ustalić odległość do obiektu.

Radar prędkości działa w podobny sposób. Pomyśl o tym, jak radar wykrywa prędkość poruszającego się samochodu.

Pola elektromagnetyczne to naprzemienne pola elektryczne i magnetyczne, które wzajemnie się generują.
Teoria pola elektromagnetycznego została stworzona przez Jamesa Maxwella w 1865 roku.

Udowodnił teoretycznie, że:
każda zmiana pola magnetycznego w czasie prowadzi do powstania zmiennego pola elektrycznego, a każda zmiana pola elektrycznego w czasie generuje zmienne pole magnetyczne.
Jeśli ładunki elektryczne poruszają się z przyspieszeniem, to wytworzone przez nie pole elektryczne zmienia się okresowo i samo wytwarza przemienne pole magnetyczne w przestrzeni itp.

Źródłami pola elektromagnetycznego mogą być:
- ruchomy magnes;
- ładunek elektryczny poruszający się z przyspieszeniem lub oscylujący (w przeciwieństwie do ładunku poruszającego się ze stałą prędkością, na przykład w przypadku prądu stałego w przewodniku powstaje tutaj stałe pole magnetyczne).

Pole elektryczne zawsze istnieje wokół ładunku elektrycznego, w dowolnym układzie odniesienia, pola magnetycznego - w tym, względem którego poruszają się ładunki elektryczne.
W układzie odniesienia istnieje pole elektromagnetyczne, względem którego ładunki elektryczne poruszają się z przyspieszeniem.

WYPRÓBUJ ROZWIĄZANIE

Kawałek bursztynu został potarty o tkaninę i naładowany elektrycznością statyczną. Jakie pole można znaleźć wokół nieruchomego bursztynu? Wokół ruchomego?

Naładowane ciało pozostaje w spoczynku w stosunku do powierzchni ziemi. Pojazd porusza się równo iw linii prostej względem podłoża. Czy możliwe jest wykrycie stałego pola magnetycznego w układzie odniesienia związanym z samochodem?

Jakie pole powstaje wokół elektronu, jeśli: jest w spoczynku; porusza się ze stałą prędkością; poruszanie się z przyspieszeniem?

W CRT powstaje strumień jednostajnie poruszających się elektronów. Czy możliwe jest wykrycie pola magnetycznego w układzie odniesienia powiązanym z jednym z poruszających się elektronów?

FALE ELEKTROMAGNETYCZNE

Fale elektromagnetyczne to pole elektromagnetyczne, które rozchodzi się w przestrzeni ze skończoną prędkością, zależną od właściwości ośrodka

Właściwości fal elektromagnetycznych:
- rozprzestrzeniać się nie tylko w materii, ale także w próżni;
- rozprowadzany w próżni z prędkością światła (C = 300 000 km/s);
- są to fale poprzeczne;
- są to fale biegnące (energia przenoszenia).

Przyspieszone poruszające się ładunki elektryczne są źródłem fal elektromagnetycznych.
Oscylacjom ładunków elektrycznych towarzyszy promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości równej częstotliwości drgań ładunków.

SKALA FALI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

Całą przestrzeń wokół nas przenika promieniowanie elektromagnetyczne. Słońce, ciała wokół nas, anteny nadajników emitują fale elektromagnetyczne, które w zależności od częstotliwości drgań noszą różne nazwy.

Fale radiowe to fale elektromagnetyczne (o długości fali od 10000m do 0,005m), używane do przesyłania sygnałów (informacji) na odległość bez przewodów.
W komunikacji radiowej fale radiowe są tworzone przez prądy o wysokiej częstotliwości przepływające przez antenę.
Fale radiowe o różnych długościach rozchodzą się na różne sposoby.

Promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali mniejszej niż 0,005 m, ale większej niż 770 nm, czyli leżące pomiędzy zakresem długości fal radiowych a zakresem światła widzialnego, nazywane jest promieniowaniem podczerwonym (IR).
Promieniowanie podczerwone jest emitowane przez każde ogrzane ciało. Źródłami promieniowania podczerwonego są piekarniki, baterie do podgrzewania wody, żarówki elektryczne. Za pomocą specjalnych urządzeń promieniowanie podczerwone można zamienić na światło widzialne, a obrazy nagrzanych obiektów można uzyskać w całkowitej ciemności. Promieniowanie podczerwone wykorzystywane jest do suszenia wyrobów lakierowanych, ścian budynków, drewna.

Światło widzialne odnosi się do promieniowania o długości fali od około 770 nm do 380 nm, od światła czerwonego do fioletowego. Wartości tej części widma promieniowania elektromagnetycznego w życiu człowieka są niezwykle wysokie, ponieważ człowiek otrzymuje prawie wszystkie informacje o otaczającym go świecie za pomocą wzroku. Światło jest warunkiem koniecznym rozwoju roślin zielonych, a tym samym warunkiem istnienia życia na Ziemi.

Promieniowanie elektromagnetyczne o dużej długości fali niewidoczne dla oka jest mniejsze niż promieniowanie fioletowe, zwane promieniowaniem ultrafioletowym (UV).Promieniowanie ultrafioletowe jest zdolne do zabijania szkodliwych bakterii, dlatego jest szeroko stosowane w medycynie. Promieniowanie ultrafioletowe w składzie światło słoneczne powoduje procesy biologiczne prowadzące do ciemnienia skóry człowieka - opalanie. Lampy wyładowcze są wykorzystywane w medycynie jako źródła promieniowania ultrafioletowego. Rurki takich lamp są wykonane z kwarcu, który jest przezroczysty dla promieni ultrafioletowych; dlatego te lampy nazywane są lampami kwarcowymi.

Promienie rentgenowskie (Re) są niewidoczne dla az. Przechodzą bez znaczącej absorpcji przez znaczne warstwy substancji nieprzezroczystej dla światła widzialnego. Promienie rentgenowskie są wykrywane przez ich zdolność do wywoływania pewnego blasku z niektórych kryształów i oddziaływania na kliszę fotograficzną. Zdolność promieniowania rentgenowskiego do przenikania grubych warstw substancji jest wykorzystywana do diagnozowania chorób narządów wewnętrznych człowieka.

Pole elektromagnetyczne to rodzaj materii, która powstaje wokół poruszających się ładunków. Na przykład wokół przewodnika z prądem. Pole elektromagnetyczne składa się z dwóch elementów: pola elektrycznego i magnetycznego. Nie mogą istnieć niezależnie od siebie. Jedna rzecz rodzi drugą. Kiedy zmienia się pole elektryczne, natychmiast pojawia się pole magnetyczne. Prędkość propagacji fali elektromagnetycznej V = C / EM gdzie mi oraz m odpowiednio, przenikalność magnetyczną i dielektryczną ośrodka, w którym propaguje się fala. Fala elektromagnetyczna w próżni rozchodzi się z prędkością światła, czyli 300 000 km/s. Ponieważ przenikalność dielektryczna i magnetyczna próżni jest uważana za równą 1. Gdy zmienia się pole elektryczne, powstaje pole magnetyczne. Ponieważ pole elektryczne, które go spowodowało, nie jest stałe (to znaczy zmienia się w czasie), to pole magnetyczne również będzie zmienne. Z kolei zmieniające się pole magnetyczne generuje pole elektryczne i tak dalej. Zatem dla kolejnego pola (nie ma znaczenia, czy jest ono elektryczne, czy magnetyczne) źródłem będzie poprzednie pole, a nie pierwotne źródło, czyli przewodnik z prądem. Tak więc, nawet po wyłączeniu prądu w przewodniku, pole elektromagnetyczne będzie nadal istnieć i rozprzestrzeni się w przestrzeni. Fala elektromagnetyczna rozchodzi się w przestrzeni we wszystkich kierunkach od swojego źródła. Możesz sobie wyobrazić, jak zapalasz żarówkę, promienie z niej rozchodzą się we wszystkich kierunkach. Kiedy fala elektromagnetyczna się rozchodzi, przenosi energię w przestrzeni. Im silniejszy prąd w przewodzie wywołującym pole, tym większa energia niesiona przez falę. Również energia zależy od częstotliwości emitowanych fal, przy wzroście 2,3,4 razy energia fali wzrośnie odpowiednio 4,9,16 razy. Oznacza to, że energia propagacji fali jest proporcjonalna do kwadratu częstotliwości. Najlepsze warunki do propagacji fal powstają, gdy długość przewodnika jest równa długości fali. Linie siły magnetycznej i elektrycznej będą lecieć wzajemnie prostopadle. Linie magnetyczne siły pokrywają obecny przewodnik i są zawsze zamknięte. Elektryczne linie sił przechodzą od jednego ładunku do drugiego. Fala elektromagnetyczna jest zawsze falą ścinającą. Oznacza to, że linie sił, zarówno magnetyczne, jak i elektryczne, leżą w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji. Siła pola elektromagnetycznego jest charakterystyką natężenia pola. Również napięcie, wielkość wektorowa, czyli ma początek i kierunek. Siła pola jest skierowana stycznie do linii sił. Ponieważ natężenia pola elektrycznego i magnetycznego są do siebie prostopadłe, istnieje zasada, według której można określić kierunek propagacji fali. Gdy śruba obraca się po najkrótszej drodze od wektora natężenia pola elektrycznego do wektora natężenia pola magnetycznego, ruch translacyjny śruby wskaże kierunek propagacji fali.

Pole magnetyczne i jego charakterystyka. Gdy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik, a pole magnetyczne. Pole magnetyczne reprezentuje jeden z rodzajów materii. Posiada energię, która przejawia się w postaci sił elektromagnetycznych działających na oddzielne poruszające się ładunki elektryczne (elektrony i jony) oraz na ich przepływy, czyli prąd elektryczny. Pod wpływem sił elektromagnetycznych poruszające się naładowane cząstki odchylają się od swojej pierwotnej ścieżki w kierunku prostopadłym do pola (ryc. 34). Powstaje pole magnetyczne tylko wokół poruszających się ładunków elektrycznych, a jego działanie rozciąga się również tylko na poruszające się ładunki. Pola magnetyczne i elektryczne nierozłączne i razem tworzą jedność pole elektromagnetyczne... Każda zmiana pole elektryczne prowadzi do pojawienia się pola magnetycznego i odwrotnie, każdej zmianie pola magnetycznego towarzyszy pojawienie się pola elektrycznego. Pole elektromagnetyczne rozchodzi się z prędkością światła, czyli 300 000 km/s.

Graficzna reprezentacja pola magnetycznego. Graficznie pole magnetyczne jest przedstawione za pomocą linii sił magnetycznych, które są rysowane w taki sposób, że kierunek linii siły w każdym punkcie pola pokrywa się z kierunkiem sił pola; magnetyczne linie sił są zawsze ciągłe i zamknięte. Kierunek pola magnetycznego w każdym punkcie można określić za pomocą strzałki magnetycznej. Biegun północny strzałki jest zawsze ustawiony w kierunku sił pola. Koniec magnesu trwałego, z którego wychodzą linie siły (ryc. 35, a), jest uważany za biegun północny, a przeciwległy koniec, w który wchodzą linie siły, to biegun południowy ( linie siły przechodzące przez magnes nie są pokazane). Rozkład linii sił pomiędzy biegunami magnesu płaskiego można wykryć za pomocą stalowych opiłków wylanych na kartkę papieru umieszczoną na biegunach (ryc. 35, b). Pole magnetyczne w szczelinie powietrznej pomiędzy dwoma równoległymi przeciwległymi biegunami magnesu trwałego charakteryzuje się równomiernym rozkładem linii pola magnetycznego (rys. 36)