Shmelev V.E., sbitnev S.A. Fundamentele teoretice ale ingineriei electrice

1. Introducere. Obiectul de studiu în valeologie.

3. Principalele surse ale câmpului electromagnetic.

5. Metode de protejare a sănătăţii umane de efectele electromagnetice.

6. Lista materialelor și literaturii utilizate.

1. Introducere. Obiectul de studiu în valeologie.

1.1 Introducere.

Valeologie - din lat. "Valeo" - "bună ziua" - disciplina stiintifica studierea sănătăţii individuale a unei persoane sănătoase. Diferența fundamentală dintre valeologie și alte discipline (în special, din medicina practică) constă tocmai în abordarea individuală a evaluării stării de sănătate a fiecărui subiect specific (fără a lua în considerare datele generale și medii pentru orice grup).

Pentru prima dată, valeologia ca disciplină științifică a fost înregistrată oficial în 1980. Fondatorul său a fost omul de știință rus I.I.Brekhman, care a lucrat la Universitatea de Stat din Vladivostok.

În prezent, noua disciplină se dezvoltă activ, se acumulează lucrări științifice, iar cercetarea practică se desfășoară activ. Treptat, are loc o tranziție de la statutul de disciplină științifică la statutul de știință independentă.

1.2 Obiect de studiu în valeologie.

Subiectul de studiu în valeologie este sănătatea individuală a unei persoane sănătoase și factorii care o influențează. De asemenea, valeologia se ocupă de sistematizarea unui stil de viață sănătos, ținând cont de individualitatea unui anumit subiect.

În prezent, cea mai comună definiție a conceptului de „sănătate” este definiția propusă de experții Organizației Mondiale a Sănătății (OMS):

Sănătatea este o stare de bine fizic, mental și social.

Valeologia modernă identifică următoarele caracteristici principale ale sănătății individuale:

1. Viața este cea mai complexă manifestare a existenței materiei, care depășește în complexitate diverse reacții fizice, chimice și biologice.

2. Homeostazia este o stare cvasistatică a formelor de viață, caracterizată prin variabilitate la intervale de timp relativ lungi și staticitate practică la cele mici.

3. Adaptare - proprietatea formelor de viață de a se adapta la condițiile de existență în schimbare și la suprasolicitari. În caz de tulburări de adaptare sau schimbări prea abrupte și radicale ale condițiilor, apare o inadaptare – stres.

4. Fenotip - o combinație de factori de mediu care afectează dezvoltarea unui organism viu. De asemenea, termenul „fenotip” caracterizează totalitatea caracteristicilor dezvoltării și fiziologiei organismului.

5. Genotip - o combinație de factori ereditari care afectează dezvoltarea unui organism viu, care sunt o combinație a materialului genetic al părinților. Când genele deformate sunt transmise de la părinți, apar patologii ereditare.

6. Stil de viață - un set de stereotipuri și norme comportamentale care caracterizează un anumit organism.

Sănătate (așa cum este definită de OMS).

2. Câmpul electromagnetic, tipurile, caracteristicile și clasificarea acestuia.

2.1 Definiții de bază. Tipuri de electro camp magnetic.

Un câmp electromagnetic este o formă specială de materie prin care se realizează interacțiunea dintre particulele încărcate electric.

Câmp electric - creat de sarcini electrice și particule încărcate din spațiu. Figura prezintă o imagine a liniilor de forță (linii imaginare utilizate pentru a vizualiza câmpurile) ale câmpului electric pentru două particule încărcate în repaus:

Câmp magnetic - creat atunci când sarcinile electrice se deplasează de-a lungul unui conductor. Imaginea liniilor de câmp ale câmpului pentru un singur conductor este prezentată în figură:

Motivul fizic al existenței câmp electromagnetic este că un câmp electric care variază în timp excită un câmp magnetic, iar un câmp magnetic în schimbare - un câmp electric vortex. Prin schimbarea continuă, ambele componente susțin existența unui câmp electromagnetic. Câmpul unei particule staționare sau în mișcare uniformă este indisolubil legat de purtătorul (particulă încărcată).

Cu toate acestea, odată cu mișcarea accelerată a purtătorilor, câmpul electromagnetic „se rupe” din aceștia și există în mediul înconjurător independent, sub forma unei unde electromagnetice, fără a dispărea odată cu îndepărtarea purtătorului (de exemplu, undele radio nu dispar atunci când curentul dispare (mișcarea purtătorilor – electroni) în antena care îi emite).

2.2 Principalele caracteristici ale câmpului electromagnetic.

Câmpul electric este caracterizat de puterea câmpului electric (denumirea „E”, dimensiunea SI - V / m, vector). Câmpul magnetic este caracterizat de intensitatea câmpului magnetic (denumirea „H”, dimensiunea SI - A/m, vector). Modulul (lungimea) vectorului este de obicei măsurat.

Undele electromagnetice sunt caracterizate prin lungimea de undă (denumirea "(", dimensiunea SI - m), sursa lor emitentă - frecvența (denumirea - "(", dimensiunea SI - Hz). În figura E - vectorul intensității câmpului electric, H - vector intensitatea câmpului magnetic...

La frecvențe de 3 - 300 Hz, conceptul de inducție magnetică (denumirea „B”, dimensiunea SI - T) poate fi folosit și ca caracteristică a câmpului magnetic.

2.3 Clasificarea câmpurilor electromagnetice.

Cea mai utilizată este așa-numita clasificare „zonală” a câmpurilor electromagnetice după gradul de distanță de la sursă/purtător.

Conform acestei clasificări, câmpul electromagnetic este împărțit în zone „aproape” și „departe”. Zona „aproape” (numită uneori zonă de inducție) se extinde la o distanță de la sursă egală cu 0-3 unde unda electromagnetică generată nu este încă pe deplin formată.

Zona „departe” este zona undei electromagnetice formate. Aici, intensitatea câmpului scade invers proporțional cu distanța până la sursă. În această zonă, relația determinată experimental între intensitățile câmpurilor electrice și magnetice este valabilă:

unde 377 este o constantă, impedanța de undă a vidului, Ohm.

Undele electromagnetice sunt de obicei clasificate în funcție de frecvențele lor:

| Extrem de scăzut, | Hz | Decamegametru | Mm |

| Ultra-scăzut, VLF | Hz | Megametru | Mm |

| Foarte scăzut, VLF | KHz | Miriametru | km |

| Frecvențe joase, bas | KHz | Kilometru | km |

| Medie, gama medie | MHz | Hectometric | km |

| Ridicat, HF | MHz | Decametru | m |

| Foarte mare, VHF | MHz | Metri | m |

| Ultra înaltă, UHF | GHz | Decimetru | m |

| Superhigh, cuptor cu microunde | | GHz | Centimetru | cm |

| Extrem de ridicat, | GHz | Milimetru | mm |

De obicei, se măsoară doar intensitatea câmpului electric E. La frecvențe peste 300 MHz, se măsoară uneori densitatea fluxului energiei undei sau vectorul Poyting (desemnarea „S”, dimensiunea SI - W / m2).

3. Principalele surse ale câmpului electromagnetic.

Principalele surse ale câmpului electromagnetic sunt:

Linii de înaltă tensiune.

Cablaje electrice (în interiorul clădirilor și structurilor).

Aparate electrocasnice.

Calculatoare personale.

Posturi de televiziune și radio.

Comunicații prin satelit și celulare (dispozitive, repetoare).

Transport electric.

Instalatii radar.

3.1 Linii electrice (PTL).

Firele unei linii electrice de funcționare creează un câmp electromagnetic de frecvență industrială (50 Hz) în spațiul adiacent (la distanțe de ordinul a zeci de metri față de fir). Mai mult, intensitatea câmpului din apropierea liniei poate varia într-o gamă largă, în funcție de sarcina sa electrică. Standardele stabilesc limitele zonelor de protecție sanitară din apropierea liniilor electrice (conform SN 2971-84):

| Tensiune de funcționare | 330 și mai jos | 500 | 750 | 1150 |

| Marime | 20 | 30 | 40 | 55 |

(de fapt, limitele zonei de protecție sanitară sunt stabilite de-a lungul liniei de delimitare cea mai îndepărtată de firele cu intensitatea maximă a câmpului electric, egală cu 1 kV/m).

3.2 Cablaj

Cablajele electrice includ: cabluri de alimentare pentru sistemele de susținere a vieții clădirilor, fire de distribuție a energiei, precum și panouri de ramificație, cutii de alimentare și transformatoare. Cablajul electric este principala sursă de câmpuri electromagnetice de frecvență de alimentare în spațiile rezidențiale. În acest caz, nivelul de intensitate al câmpului electric emis de sursă este adesea relativ scăzut (nu depășește 500 V/m).

3.3 Aparate electrocasnice.

Toate aparatele electrocasnice care folosesc curent electric sunt surse de câmpuri electromagnetice. În acest caz, nivelul de radiație variază în cea mai largă gamă, în funcție de model, dispozitivul dispozitivului și modul de funcționare specific. De asemenea, nivelul de radiație depinde puternic de consumul de energie al dispozitivului - cu cât puterea este mai mare, cu atât nivelul câmpului electromagnetic este mai mare în timpul funcționării dispozitivului. Intensitatea câmpului electric în apropierea aparatelor de uz casnic nu depășește zeci de V/m.

Tabelul de mai jos prezintă nivelurile maxime admise de inducție magnetică pentru cele mai puternice surse de câmp magnetic dintre aparatele electrocasnice:

| Dispozitiv | Intervalul maxim admisibil | |

| | valorile inducției magnetice, μT |

| Filtru de cafea | |

| Mașină de spălat | |

| Fier de călcat | |

| Aspirator | |

| Aragaz electric | |

| Lampă „lumina zilei” (lămpi fluorescente LTP, | |

| Burghiu electric (motor electric | |

| putere W) | |

| Mixer electric (putere motor electric | |

| W) | |

| TV | |

| Cuptor cu microunde (inductie, cuptor cu microunde) | |

3.4 Calculatoare personale.

Principala sursă de efecte adverse asupra sănătății asupra unui utilizator de computer este instalația de afișare vizuală (VSS) a monitorului. În majoritatea monitoarelor moderne, CBO este un tub catodic. Tabelul enumeră principalii factori ai impactului WAS asupra sănătății:

| Ergonomic | Factori de influență ai electromagnetic |

| | câmpul tubului catodic |

| Scădere semnificativă a contrastului | Câmp electromagnetic în frecvență |

| imagine reprodusă în intervalul | MHz. |

| iluminare de fundal a ecranului extern cu raze directe | |

| lumina. | |

| Reflexia speculara a razelor de lumina de la | Sarcina electrostatica pe suprafata |

| suprafața ecranului (orbire). | ecranul monitorului. |

| Personaj de desene animate | Radiații ultraviolete (gamă |

| reproducerea imaginii | lungimi de undă nm). |

| (actualizare continuă de înaltă frecvență | |

| Imagine discretă | Infraroșu și raze X |

| (subdiviziunea în puncte). | radiații ionizante. |

În viitor, ca factori principali ai impactului SWO asupra sănătății, vom lua în considerare doar factorii de expunere la câmpul electromagnetic al tubului catodic.

Pe lângă monitor și unitatea de sistem, un computer personal poate include și un număr mare de alte dispozitive (cum ar fi imprimante, scanere, dispozitive de protecție la supratensiune etc.). Toate aceste dispozitive funcționează cu utilizarea curentului electric, ceea ce înseamnă că sunt surse de câmp electromagnetic. Următorul tabel arată mediul electromagnetic din apropierea computerului (contribuția monitorului nu este luată în considerare în acest tabel, așa cum a fost discutat mai devreme):

| Sursă | Gama de frecvență generată |

| | câmp electromagnetic |

| Ansamblu unitate de sistem. |. |

| Dispozitive de intrare-ieșire (imprimante, | Hz. |

| scanere, unități de dischetă etc.). | |

| Surse de alimentare neîntreruptibile, |. |

| dispozitive de protecție și stabilizatori la supratensiune. | |

Câmpul electromagnetic al computerelor personale are o compoziție complexă de undă și spectrală și este dificil de măsurat și cuantificat. Are componente magnetice, electrostatice și de radiații (în special, potențialul electrostatic al unei persoane care stă în fața monitorului poate varia de la –3 la +5 V). Având în vedere condiția că calculatoarele personale sunt acum utilizate activ în toate ramurile activității umane, impactul lor asupra sănătății umane este supus unui studiu și control atent.

3.5 Posturi de televiziune și radio.

Un număr semnificativ de posturi de radio și centre de diferite afilieri se află în prezent pe teritoriul Rusiei.

Stațiile și centrele de transmisie sunt situate în zone special desemnate și pot ocupa teritorii destul de mari (până la 1000 de hectare). Prin structura lor, acestea includ una sau mai multe clădiri tehnice în care sunt amplasate transmițătoare radio și câmpuri de antene, pe care sunt amplasate până la câteva zeci de sisteme de alimentare a antenei (AFS). Fiecare sistem include o antenă radiantă și o linie de alimentare care alimentează semnalul de difuzare.

Câmpul electromagnetic emis de antenele centrelor de radiodifuziune are o compoziție spectrală complexă și o distribuție individuală a intensităților, în funcție de configurația antenelor, de terenul și de arhitectura clădirilor adiacente. Câteva date medii pentru diferite tipuri de centre de radiodifuziune sunt prezentate în tabel:

| | câmpuri, V/m. | A/m. | |

| DV - posturi de radio | 630 | 1.2 | Cea mai mare tensiune |

| KHz, | | | Distanțe mai mici de 1 lungime |

| 500 kW). | | | |

| 200 KW). | | | |

| HF - posturi radio | 44 | 0,12 | Emițătoarele pot fi |

| MHz, | | | dens construit |

| 100 KW). | | | |

| MHz, | | | nivelul clădirii. |

3.6 Comunicații prin satelit și celulare.

3.6.1 Comunicații prin satelit.

Sistemele de comunicații prin satelit constau dintr-o stație de transmisie pe Pământ și călători - repetoare pe orbită. Stațiile de transmisie de comunicații prin satelit emit un fascicul de undă îngust direcționat, în care densitatea fluxului de energie ajunge la sute de W/m. Sistemele de comunicații prin satelit creează intensități mari de câmp electromagnetic la distanțe semnificative de antene. De exemplu, o stație de 225 kW care funcționează la 2,38 GHz generează o densitate a fluxului de energie de 2,8 W/m2 la o distanță de 100 km. Disiparea energiei în raport cu fasciculul principal este foarte mică și are loc mai ales în imediata apropiere a antenei.

3.6.2 Comunicare celulară.

Radiotelefonia celulară este astăzi unul dintre sistemele de telecomunicații cu cea mai rapidă dezvoltare. Elementele de bază ale unui sistem de comunicații celulare sunt stațiile de bază și radiotelefoanele mobile. Stațiile de bază mențin comunicația radio cu dispozitivele mobile, drept urmare sunt surse de câmp electromagnetic. Sistemul folosește principiul împărțirii zonei de acoperire în zone, sau așa-numitele „celule”, cu o rază de km. Următorul tabel prezintă principalele caracteristici ale sistemelor de comunicații celulare care funcționează în Rusia:

| | | | | mar | km. |

| NMT450. | |

| Analogic. | 5] | 5] | | | |

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

| UMEZIȚII (IS - ||| 50 | 0,2 | |

|136). | | | | | |

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

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

| GSM - 1800. | |

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

Intensitatea radiației unei stații de bază este determinată de sarcină, adică de prezența proprietarilor de telefoane mobile în zona de serviciu a unei anumite stații de bază și de dorința lor de a folosi telefonul pentru o conversație, care, la rândul său, în mod fundamental depinde de ora din zi, de locația stației, de ziua săptămânii și de alți factori. Noaptea, sarcina pe stații este practic nulă. Intensitatea radiației dispozitivelor mobile depinde în mare măsură de starea canalului de comunicație „radiotelefon mobil - stație de bază” (cu cât distanța de la stația de bază este mai mare, cu atât intensitatea radiației dispozitivului este mai mare).

3.7 Transport electric.

Transportul electric (troleibuze, tramvaie, metrou, etc.) este o sursă puternică de câmp electromagnetic în intervalul de frecvență de Hz. Totodata, in marea majoritate a cazurilor, motorul de tractiune actioneaza ca principal emitator (la troleibuze si tramvaie, colectoarele de aer din punct de vedere al intensitatii campului electric emis concureaza cu motorul electric). Tabelul conține date despre valoarea măsurată a inducției magnetice pentru unele tipuri de transport electric:

| Mod de transport și gen | Valoare medie | Valoare maximă |

| curent consumat. | inducție magnetică, μT. | magnitudinea magnetică |

| | | inducție, μT. |

| Trenuri electrice suburbane | 20 | 75 |

| Transport electric cu | 29 | 110 |

| Drive DC | | |

| (mașini electrice etc.). | | |

3.8 Instalații radar.

Instalațiile radar și radar au de obicei antene de tip reflector („antene”) și emit un fascicul radio cu fascicul îngust.

Mișcarea periodică a antenei în spațiu duce la o discontinuitate spațială a radiației. Există și o discontinuitate temporară a radiațiilor, din cauza funcționării ciclice a radarului pentru radiații. Acestea funcționează la frecvențe de la 500 MHz la 15 GHz, dar unele instalații speciale pot funcționa la frecvențe de până la 100 GHz sau mai mult. Datorită naturii speciale a radiațiilor, acestea pot crea la sol zone cu o densitate mare de flux energetic (100 W/m2 sau mai mult).

4. Influența câmpului electromagnetic asupra sănătății individuale a unei persoane.

Corpul uman reacționează întotdeauna la un câmp electromagnetic extern. Datorită compoziției diferite a undelor și a altor factori, câmpul electromagnetic al diferitelor surse afectează sănătatea umană în moduri diferite. În consecință, în această secțiune, efectele diferitelor surse asupra sănătății vor fi luate în considerare separat. Cu toate acestea, domeniul surselor artificiale, puternic discordante cu fundalul electromagnetic natural, are în aproape toate cazurile un impact negativ asupra sănătății oamenilor din zona de influență.

Studii ample privind influența câmpurilor electromagnetice asupra sănătății au fost începute în țara noastră în anii 60. S-a constatat că sistemul nervos uman este sensibil la efectele electromagnetice și, de asemenea, că câmpul are un așa-numit efect informațional atunci când este expus unei persoane în intensități sub valoarea de prag a efectului termic (valoarea intensității câmpului la care efectul său termic începe să se manifeste).

În tabelul următor sunt enumerate cele mai frecvente plângeri cu privire la deteriorarea stării de sănătate a persoanelor din zona afectată de domeniul diferitelor surse. Secvența și numerotarea surselor din tabel corespund secvenței și numerotării acestora adoptate în secțiunea 3:

| Sursa | Cele mai frecvente reclamații. |

| electromagnetic | |

| 1. Linii | Iradierea pe termen scurt (de ordinul mai multor minute) este capabilă de |

| linii electrice (linii electrice). | duce la o reacție negativă numai în cazuri deosebit de sensibile |

| | persoane sau pacienți cu anumite tipuri de alergii |

| | boli. Expunerea prelungită duce de obicei la |

| | diverse patologii cardiovasculare și sistemele nervoase |

| | (datorită dezechilibrului în subsistemul de reglare nervoasă). Când |

| | iradiere continuă super-lungă (aproximativ 10-20 de ani) |

| | posibilă (conform datelor neverificate) dezvoltarea unor | |

| | boli oncologice. |

| 2. Date interne | Date actuale privind agravarea plângerilor |

| cablarea electrică a clădirilor | sănătatea, direct legată de lucrările de interior |

| și structuri. | rețelele electrice nu sunt disponibile. |

| 3. Gospodărie | Există date neverificate cu privire la plângerile pielii, |

| aparate electrice. | patologie cardiovasculară și nervoasă cu termen lung |

| | utilizarea sistematică a cuptoarelor vechi cu microunde |

| | modele (până la lansarea din 1995). Există, de asemenea, similare |

| | date privind utilizarea cuptoarelor cu microunde toate |

| | modele în condiții de producție (de exemplu, pentru încălzire |

| | mâncare într-o cafenea). Pe lângă cuptoarele cu microunde, există date despre |

| | impact negativ asupra sănătății persoanelor cu televizoare în |

| | ca dispozitiv pentru vizualizarea unui tub catodic. |

Câmp electromagnetic, o formă specială de materie. Interacțiunea dintre particulele încărcate se realizează prin intermediul unui câmp electromagnetic.

Comportarea câmpului electromagnetic este studiat de electrodinamica clasică. Câmpul electromagnetic este descris de ecuațiile lui Maxwell, care relaționează mărimile care caracterizează câmpul cu sursele sale, adică cu sarcinile și curenții distribuiti în spațiu. Câmpul electromagnetic al particulelor încărcate staționare sau în mișcare uniformă este indisolubil legat de aceste particule; cu mișcarea accelerată a particulelor, câmpul electromagnetic „se desprinde” de ele și există independent sub formă de unde electromagnetice.

Din ecuațiile lui Maxwell rezultă că un câmp electric alternativ generează un magnetic, iar un câmp magnetic alternativ generează un electric, prin urmare, un câmp electromagnetic poate exista în absența sarcinilor. Generarea unui câmp electromagnetic de către un câmp magnetic alternativ și a unui câmp magnetic de către o electrică alternativă duce la faptul că câmpurile electrice și magnetice nu există separat, independent unul de celălalt. Prin urmare, câmpul electromagnetic este un tip de materie, determinat în toate punctele de două mărimi vectoriale care îi caracterizează cele două componente - „câmp electric” și „câmp magnetic”, și care exercită un efect de forță asupra particulelor încărcate, în funcție de viteza acestora și de magnitudinea sarcinii lor.

Un câmp electromagnetic în vid, adică în stare liberă, care nu este asociat cu particule de materie, există sub formă de unde electromagnetice și se propagă în vid în absența câmpurilor gravitaționale foarte puternice cu o viteză, viteză egală Sveta c= 2,998. 108 m/s. Un astfel de câmp este caracterizat de o intensitate a câmpului electric Eși inducția magnetică V... Pentru a descrie câmpul electromagnetic într-un mediu, se folosesc și valorile inducției electrice Dși puterea câmpului magnetic N... În materie, precum și în prezența câmpurilor gravitaționale foarte puternice, adică în apropierea unor mase foarte mari de materie, viteza de propagare a câmpului electromagnetic este mai mică decât c.

Componentele vectorilor care caracterizează câmpul electromagnetic formează, conform teoriei relativității, un singur cantitate fizica- tensorul câmpului electromagnetic, ale cărui componente se transformă la trecerea de la un cadru de referință inerțial la altul în conformitate cu transformările Lorentz.

Un câmp electromagnetic are energie și impuls. Existența unui impuls de câmp electromagnetic a fost descoperită pentru prima dată experimental în experimentele lui PN Lebedev privind măsurarea presiunii luminii în 1899. Un câmp electromagnetic are întotdeauna energie. Densitatea de energie a câmpului electromagnetic = 1/2 (ED + VN).

Câmpul electromagnetic se răspândește prin spațiu. Densitatea fluxului de energie al câmpului electromagnetic este determinată de vectorul Poiting S =, unitate de măsură W/m 2. Direcția vectorului Poiting este perpendiculară Eși Hși coincide cu direcția de propagare a energiei electromagnetice. Valoarea sa este egală cu energia transferată printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe S pe unitatea de timp. Densitatea pulsului de câmp în vid K = S / s 2 = / s 2.

La frecvențe înalte ale câmpului electromagnetic, proprietățile sale cuantice devin esențiale și câmpul electromagnetic poate fi considerat ca un flux de cuante de câmp - fotoni. În acest caz, este descris câmpul electromagnetic

În 1860-1865. unul dintre cei mai mari fizicieni ai secolului al XIX-lea James Clerk Maxwell a creat o teorie câmp electromagnetic. Potrivit lui Maxwell, fenomenul inducției electromagnetice este explicat după cum urmează. Dacă la un moment dat în spațiu câmpul magnetic se modifică în timp, atunci acolo se formează și un câmp electric. Dacă în câmp există un conductor închis, atunci câmpul electric induce un curent de inducție în el. Din teoria lui Maxwell rezultă că este posibil și procesul invers. Dacă într-o anumită regiune a spațiului câmpul electric se modifică în timp, atunci aici se formează și un câmp magnetic.

Astfel, orice modificare a câmpului magnetic în timp duce la apariția unui câmp electric în schimbare, iar orice modificare a câmpului electric în timp generează un câmp magnetic în schimbare. Aceste câmpuri electrice și magnetice alternative care se generează reciproc formează un singur câmp electromagnetic.

Proprietățile undelor electromagnetice

Cel mai important rezultat care decurge din teoria câmpului electromagnetic formulată de Maxwell este predicția posibilității existenței undelor electromagnetice. Undă electromagnetică - propagarea câmpurilor electromagnetice în spațiu și timp.

Undele electromagnetice, spre deosebire de undele elastice (sunete), se pot propaga în vid sau în orice altă substanță.

Undele electromagnetice în vid se propagă cu o viteză c = 299 792 km/s, adică cu viteza luminii.

În materie, viteza unei unde electromagnetice este mai mică decât în vid. Relația dintre lungimea de undă, viteza acesteia, perioada și frecvența oscilațiilor obținute pentru undele mecanice se realizează și pentru undele electromagnetice:

Fluctuațiile vectorului de tensiune Eși vectorul inducției magnetice B apar în planuri reciproc perpendiculare și perpendiculare pe direcția de propagare a undei (vector viteză).

O undă electromagnetică transportă energie.

Gama undelor electromagnetice

În jurul nostru este o lume complexă de unde electromagnetice de diferite frecvențe: radiații de la monitoarele computerelor, telefoanele mobile, cuptoarele cu microunde, televizoarele etc. În prezent, toate undele electromagnetice sunt împărțite după lungimea de undă în șase game principale.

Unde radio- acestea sunt unde electromagnetice (cu o lungime de undă de la 10.000 m până la 0,005 m), folosite pentru a transmite semnale (informații) pe o distanță fără fire. În comunicațiile radio, undele radio sunt create de curenții de înaltă frecvență care curg prin antenă.

Radiația electromagnetică cu o lungime de undă de la 0,005 m până la 1 μm, adică situate între domeniul undelor radio și domeniul luminii vizibile se numesc Radiatii infrarosii... Radiația infraroșie este emisă de orice corp încălzit. Cuptoarele, bateriile, lămpile electrice cu incandescență servesc drept surse de radiație infraroșie. Cu ajutorul unor dispozitive speciale, radiațiile infraroșii pot fi convertite în lumină vizibilă și imaginile obiectelor încălzite pot fi obținute în întuneric complet.

LA lumina vizibila se referă la radiații cu o lungime de undă de aproximativ 770 nm până la 380 nm, de la roșu la violet. Semnificația acestei părți a spectrului radiațiilor electromagnetice în viața umană este extrem de mare, deoarece o persoană primește aproape toate informațiile despre lumea din jurul său cu ajutorul vederii.

Se numește radiația electromagnetică invizibilă pentru ochi cu o lungime de undă mai mică decât cea a violetului radiații ultraviolete. Este capabil să omoare bacteriile care cauzează boli.

radiații cu raze X invizibil pentru ochi. Trece fără absorbție semnificativă prin straturi semnificative ale unei substanțe opace la lumina vizibilă, care este utilizată pentru a diagnostica boli ale organelor interne.

Radiația gamma se numește radiație electromagnetică emisă de nucleele excitate și care provine din interacțiunea particulelor elementare.

Principiul comunicației radio

Un circuit oscilant este folosit ca sursă de unde electromagnetice. Pentru o radiație eficientă, circuitul este „deschis”, adică E. creați condiții pentru ca câmpul să „meargă” în spațiu. Acest dispozitiv se numește circuit oscilant deschis - antenă.

Comunicare radio se numește transmisie de informații folosind unde electromagnetice, ale căror frecvențe sunt în intervalul de la până la Hz.

Radar (radar)

Dispozitiv care transmite unde ultrascurteși le acceptă imediat. Radiația se efectuează în impulsuri scurte. Impulsurile sunt reflectate de obiecte, permițând, după primirea și procesarea semnalului, stabilirea distanței până la obiect.

Radarul de viteză funcționează într-un mod similar. Gândiți-vă la modul în care radarul detectează viteza unei mașini în mișcare.

Câmpurile electromagnetice sunt câmpuri electrice și magnetice alternative care se generează reciproc.
Teoria câmpului electromagnetic a fost creată de James Maxwell în 1865.

El a demonstrat teoretic că:
orice modificare a câmpului magnetic în timp duce la apariția unui câmp electric în schimbare, iar orice modificare a câmpului electric în timp generează un câmp magnetic în schimbare.
Dacă sarcinile electrice se mișcă cu accelerație, atunci câmpul electric creat de acestea se schimbă periodic și creează ea însăși un câmp magnetic alternant în spațiu etc.

Sursele de câmp electromagnetic pot fi:
- magnet mobil;
- o sarcină electrică care se mișcă cu accelerație sau oscilantă (spre deosebire de o sarcină care se mișcă cu viteză constantă, de exemplu, în cazul unui curent continuu într-un conductor, aici se creează un câmp magnetic constant).

Un câmp electric există întotdeauna în jurul unei sarcini electrice, în orice cadru de referință, un câmp magnetic - în cel relativ la care se deplasează sarcinile electrice.
Într-un cadru de referință există un câmp electromagnetic, în raport cu care sarcinile electrice se mișcă cu accelerație.

ÎNCERCAȚI SOLUȚIA

Bucata de chihlimbar a fost frecata de material și încărcată cu electricitate statică. Ce câmp poate fi găsit în jurul chihlimbarului imobil? În preajma celei în mișcare?

Corpul încărcat este în repaus în raport cu suprafața pământului. Vehiculul se deplasează uniform și în linie dreaptă față de sol. Este posibil să se detecteze un câmp magnetic constant în cadrul de referință asociat mașinii?

Ce câmp apare în jurul electronului dacă acesta: este în repaus; se deplasează cu o viteză constantă; se deplasează cu accelerație?

Un flux de electroni care se mișcă uniform este creat în CRT. Este posibil să se detecteze un câmp magnetic într-un cadru de referință asociat cu unul dintre electronii în mișcare?

UNDELE ELECTROMAGNETICE

Undele electromagnetice sunt un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu cu o viteză finită, în funcție de proprietățile mediului.

Proprietățile undelor electromagnetice:
- răspândit nu numai în materie, ci și în vid;
- răspândit în vid la viteza luminii (C = 300.000 km/s);
- acestea sunt unde transversale;
- acestea sunt unde calatorii (transfer energie).

Sarcinile electrice în mișcare accelerată sunt sursa undelor electromagnetice.
Oscilațiile sarcinilor electrice sunt însoțite de radiații electromagnetice având o frecvență egală cu frecvența oscilațiilor sarcinilor.

CANTAR DE UNDELE ELECTROMAGNETICE

Întregul spațiu din jurul nostru este pătruns de radiații electromagnetice. Soarele, corpurile din jurul nostru, antenele emițătorilor emit unde electromagnetice, care, în funcție de frecvența lor de oscilație, poartă denumiri diferite.

Undele radio sunt unde electromagnetice (cu o lungime de undă mai mare de 10000m până la 0,005m), utilizate pentru a transmite semnale (informații) pe o distanță fără fire.
În comunicațiile radio, undele radio sunt create de curenții de înaltă frecvență care curg prin antenă.
Undele radio de lungimi diferite se propagă în moduri diferite.

Radiația electromagnetică cu o lungime de undă mai mică de 0,005 m dar mai mare de 770 nm, adică situată între lungimea de undă radio și domeniul luminii vizibile, se numește radiație infraroșie (IR).
Radiația infraroșie este emisă de orice corp încălzit. Sursele de radiație infraroșie sunt cuptoarele, bateriile pentru încălzirea apei, lămpile electrice cu incandescență. Cu ajutorul unor dispozitive speciale, radiațiile infraroșii pot fi convertite în lumină vizibilă și imaginile obiectelor încălzite pot fi obținute în întuneric complet. Radiația infraroșie este utilizată pentru a usca produsele vopsite, pereții clădirilor, lemnul.

Lumina vizibilă se referă la radiații cu o lungime de undă de aproximativ 770 nm până la 380 nm, de la lumina roșie la violetă. Valorile acestei părți a spectrului de radiații electromagnetice din viața unei persoane sunt extrem de mari, deoarece o persoană primește aproape toate informațiile despre lumea din jurul său cu ajutorul vederii. Lumina este o condiție prealabilă pentru dezvoltarea plantelor verzi și, prin urmare, o condiție prealabilă pentru existența vieții pe Pământ.

Radiația electromagnetică invizibilă pentru ochi cu o lungime de undă mare este mai mică decât cea a luminii violete, numită radiație ultravioletă (UV).Radiația ultravioletă este capabilă să omoare bacteriile dăunătoare, prin urmare este utilizată pe scară largă în medicină. Radiația ultravioletă în compoziție lumina soarelui provoacă procese biologice care duc la întunecarea pielii umane - bronzare. Lămpile cu descărcare sunt folosite ca surse de radiații ultraviolete în medicină. Tuburile unor astfel de lămpi sunt fabricate din cuarț, care este transparent la razele ultraviolete; de aceea aceste lămpi se numesc lămpi de cuarț.

Razele X (Re) sunt invizibile pentru az. Ele trec fără o absorbție semnificativă prin straturi semnificative ale unei substanțe care este opace la lumina vizibilă. Razele X sunt detectate prin capacitatea lor de a induce o anumită strălucire din anumite cristale și de a acționa asupra filmului fotografic. Capacitatea razelor X de a pătrunde în straturi groase de substanțe este utilizată pentru a diagnostica boli ale organelor interne umane.

Un câmp electromagnetic este un tip de materie care ia naștere în jurul sarcinilor în mișcare. De exemplu, în jurul unui conductor cu curent. Câmpul electromagnetic este format din două componente: câmpuri electrice și magnetice. Ele nu pot exista independent unul de celălalt. Un lucru dă naștere altuia. Când câmpul electric se modifică, apare imediat unul magnetic. Viteza de propagare a undelor electromagnetice V = C/EM Unde eși m respectiv permeabilitatea magnetică şi dielectrică a mediului în care se propagă unda. O undă electromagnetică în vid se propagă cu viteza luminii, adică 300.000 km/s. Deoarece permeabilitatea dielectrică și magnetică a vidului este considerată egală cu 1. Când câmpul electric se modifică, apare un câmp magnetic. Deoarece câmpul electric care l-a cauzat nu este constant (adică se schimbă în timp), atunci câmpul magnetic va fi și el variabil. Câmpul magnetic în schimbare, la rândul său, generează un câmp electric și așa mai departe. Astfel, pentru câmpul următor (nu contează dacă este electric sau magnetic), sursa va fi câmpul anterior, și nu sursa inițială, adică un conductor cu curent. Astfel, chiar și după oprirea curentului din conductor, câmpul electromagnetic va continua să existe și se va răspândi în spațiu. O undă electromagnetică se propagă în spațiu în toate direcțiile de la sursa sa. Vă puteți imagina că aprindeți un bec, razele de lumină din acesta se răspândesc în toate direcțiile. Când o undă electromagnetică se propagă, ea transferă energie prin spațiu. Cu cât curentul din conductorul care provoacă câmpul este mai puternic, cu atât energia transportată de undă este mai mare. De asemenea, energia depinde de frecventa undelor emise, cu o crestere de 2,3,4 ori, energia valurilor va creste de 4,9,16 ori, respectiv. Adică, energia de propagare a undei este proporțională cu pătratul frecvenței. Cele mai bune condiții pentru propagarea undelor sunt create atunci când lungimea conductorului este egală cu lungimea de undă. Liniile de forță magnetice și electrice vor zbura reciproc perpendiculare. Liniile de forță magnetice acoperă conductorul de curent și sunt întotdeauna închise. Liniile electrice de forță trec de la o sarcină la alta. O undă electromagnetică este întotdeauna o undă de forfecare. Adică, liniile de forță, atât magnetice cât și electrice, se află într-un plan perpendicular pe direcția de propagare. Puterea câmpului electromagnetic este puterea caracteristică a câmpului. De asemenea tensiunea, o mărime vectorială, adică are un început și o direcție. Intensitatea câmpului este direcționată tangențial la liniile de forță. Deoarece intensitatea câmpurilor electrice și magnetice sunt perpendiculare una pe cealaltă, există o regulă prin care poate fi determinată direcția de propagare a undelor. Când șurubul se rotește pe calea cea mai scurtă de la vectorul intensității câmpului electric la vectorul intensității câmpului magnetic, mișcarea de translație a șurubului va indica direcția de propagare a undei.

Câmpul magnetic și caracteristicile acestuia. Când un curent electric trece printr-un conductor, a un câmp magnetic. Un câmp magnetic reprezintă unul dintre tipurile de materie. Posedă energie, care se manifestă sub formă de forțe electromagnetice care acționează asupra sarcinilor electrice în mișcare separate (electroni și ioni) și asupra fluxurilor acestora, adică curent electric. Sub influența forțelor electromagnetice, particulele încărcate în mișcare deviază de la calea lor inițială într-o direcție perpendiculară pe câmp (Fig. 34). Se formează câmpul magnetic numai în jurul sarcinilor electrice în mișcare, iar acțiunea sa se extinde și la sarcinile în mișcare. Câmpuri magnetice și electrice inseparabile și împreună formează un singur câmp electromagnetic... Fiecare schimbare câmp electric duce la apariția unui câmp magnetic și, invers, orice modificare a câmpului magnetic este însoțită de apariția unui câmp electric. Câmp electromagnetic se propagă cu viteza luminii, adică 300.000 km/s.

Reprezentarea grafică a câmpului magnetic. Grafic, câmpul magnetic este reprezentat prin linii de forță magnetice, care sunt desenate astfel încât direcția liniei de forță în fiecare punct al câmpului să coincidă cu direcția forțelor câmpului; liniile magnetice de forță sunt întotdeauna continue și închise. Direcția câmpului magnetic în fiecare punct poate fi determinată folosind săgeata magnetică. Polul nord al săgeții este întotdeauna setat în direcția forțelor de câmp. Capătul magnetului permanent, din care ies liniile de forță (Fig. 35, a), este considerat a fi polul nord, iar capătul opus, în care intră liniile de forță, este polul sud ( liniile de forță care trec prin magnet nu sunt prezentate). Distribuția liniilor de forță între polii unui magnet plat poate fi detectată folosind pilitura de oțel turnată pe o foaie de hârtie așezată pe stâlpi (Fig. 35, b). Câmpul magnetic din spațiul de aer dintre doi poli opuși paraleli ai unui magnet permanent se caracterizează printr-o distribuție uniformă a liniilor de câmp magnetic (Fig. 36)