Електромагнітні хвилі. Електромагнітне поле

Електромагнітне поле

Електромагнітне поле відноситься до такого виду матерії, яка виникає навколо рухомих зарядів. Воно складається з електричного, а також магнітного полів. Їх існування взаємопов'язане, так як існувати окремо і незалежно один від одного вони не можуть, тому що, одне поле породжує інше.

А тепер спробуємо підійти до теми електро магнітного поля більш детально. З визначення можна зробити висновок, що в разі зміни електричного поля з'являються передумови до виникнення магнітного поля. А так як електричне поле має властивість з часом змінюватися і його не можна назвати незмінним, то магнітне поле також є змінним.

При зміні одного поля, породжується інше. І незалежно від того, яким буде подальший поле, джерелом буде служити попереднє поле, тобто провідник з струмом, а не початковий його джерело.

І навіть в тому випадку, коли в провіднику буде відключений струм, все одно електромагнітне поле нікуди не зникне, а буде продовжувати існувати і розповсюджуватися в просторі.

Властивості електромагнітних хвиль

Теорія Максвелла. Вихровий електричне поле

Джеймсом Клерком Максвеллом, відомим британським фізиком в 1857 році була написана робота, в якій він навів докази того, що такі поля, як електричне та магнітне тісно пов'язані між собою.

За його теорії виходило, що змінне магнітне поле має властивість створювати таке нове ЕП, яке відрізняється від попереднього електричного поля, створеного за допомогою джерела струму, так як це нове електричне поле є вихровим.

І тут ми з вами бачимо, що вихровим електричним полем є таке поле, у якого силові лінії є замкнутими. Тобто, слід зазначити, що у електричного поля лінії такі ж замкнуті, як і у магнітного поля.

З цього випливає висновок, що змінне магнітне поле здатне створювати вихровий електричне поле, а вихровий електричне поле має здатність змусити рухатися заряди. І в результаті ми отримуємо індукційний електричний струм. З роботи Максвелла випливає, що такі поля, як електричне та магнітне тісно існують один з одним.

Тобто, для існування магнітного поля необхідний рухомий електричний заряд. Ну а електричне поле створюється завдяки покоїться електричномузаряду. Ось така прозора взаємозв'язок існує між полями. З цього ми можемо зробити ще один висновок, що в різних системах відліку можна спостерігати різні види полів.

Якщо слідувати теорії Максвелла, то можна підвести підсумок, що змінні електричні і магнітні поля не здатні існувати окремо, адже при зміні магнітне поле породжує електричне, а мінливий електричне поле породжує магнітне.

Природні джерела електромагнітних полів

Для сучасної людини не є секретом той факт, що електромагнітні поля хоч і залишаються невидимими для нашого ока, але оточують нас всюди.

До природних джерел ЕМП відносяться:

По-перше, це постійне електричне та магнітне поло Землі.
По-друге, до таких джерел належать радіохвилі, перетворюють такі космічні джерела, як Сонце, зірки і т.д.
По-третє, цими джерелами виступають і такі атмосферні процеси, як розряди блискавок і т.д.

Антропогенні (штучні) джерела електромагнітних полів

Крім природних джерел появи ЕМП, вони ще виникають і завдяки антропогенними джерелами. До таких джерел можна віднести рентгенівські промені, які використовують в медичних установах. Вони використовуються і для передачі інформації за допомогою різних радіостанцій, станцій мобільного зв'язку і також ТБ антен. Та й електрику, яке є в кожній розетці, також утворює ЕМП, але правда, більш низької частоти.

Вплив ЕМП на здоров'я людини

Сучасне суспільство в даний час не мислить свого життя, без таких благ цивілізації, як присутність різної побутової техніки, комп'ютерів, мобільного зв'язку. Вони, звичайно ж, полегшують наше життя, але створюють навколо нас електромагнітні поля. Природно, ми з вами ЕМП не можемо бачити, але вони нас оточують всюди. Вони присутні в наших будинках, на роботі і навіть у транспорті.

Можна сміливо сказати, що сучасна людина живе в суцільному електромагнітному полі, яке, на жаль, має великий вплив на здоров'я людини. При тривалому впливі електромагнітного поля на організм людини, з'являються такі неприємні симптоми, як хронічна втома, дратівливість, порушення сну, уваги і пам'яті. Таке тривалий вплив ЕМП здатне викликати у людини головний біль, безпліддя, порушення в роботі нервової і серцевої систем, а так само поява онкологічних захворювань.

Електромагнітне поле, особлива форма матерії. За допомогою електромагнітного поля здійснюється взаємодія між зарядженими частинками.

Поведінка електромагнітного поля вивчає класична електродинаміка. Електромагнітне поле описується Рівняннями Максвелла, які пов'язують величини, що характеризують поле, з його джерелами, тобто з зарядами і струмами, розподіленими в просторі. Електромагнітне поле нерухомих або рівномірно рухомих заряджених частинок нерозривно пов'язане з цими частками; при прискореному русі частинок електромагнітне поле «відривається» від них і існує незалежно у формі електромагнітних хвиль.

З рівнянь Максвелла випливає, що змінне електричне поле породжує магнітне, а змінне магнітне поле породжує електричне, тому електромагнітне поле може існувати і за відсутності зарядів. Породження електромагнітного поля змінним магнітним полем і магнітного поля змінним електричним приводить до того, що електричні та магнітні поля не існує відокремлено, незалежно один від одного. Тому електромагнітне поле є вид матерії, який визначається у всіх точках двома векторними величинами, які характеризують дві його складові - «електричне поле» і «магнітне поле», і який надає силовий вплив на заряджені частинки, залежне від їх швидкості і величини їх заряду.

Електромагнітне поле в вакуумі, тобто у вільному стані, не пов'язане з частками речовини, існує у вигляді електромагнітних хвиль, і поширюється в порожнечі при відсутності досить сильних гравітаційних полів зі швидкістю, рівній швидкості світла c \u003d 2, 998. 10 8 м / с. Таке поле характеризується напруженістю електричного поля Е і індукцією магнітного поля В. Для опису електромагнітного поля в середовищі використовують також величини електричної індукції D і напруженості магнітного поля Н. У речовині, а також при наявності досить сильних гравітаційних полів, тобто поблизу вельми великих мас речовини, швидкість поширення електромагнітного поля менше величини c.

Компоненти векторів, що характеризують електромагнітне поле, утворюють, відповідно до теорії відносності, єдину фізичну величину - тензор електромагнітного поля, компоненти якого перетворяться при переході від однієї системи відліку до іншої відповідно до перетвореннями Лоренца.

Електромагнітне поле має енергію і імпульсом. Існування імпульсу електромагнітного поля вперше було виявлено експериментально в дослідах П. Н. Лебедєва по вимірюванню тиску світла в 1899 р Електромагнітне поле завжди має енергію. Щільність енергії електромагнітного поля \u003d 1/2 (ЕD + ВН).

Електромагнітне поле поширюється в просторі. Щільність потоку енергії електромагнітного поля визначається вектором Пойтинга S \u003d, Одиниця виміру Вт / м 2. Напрямок вектора Пойтинга перпендикулярно E і H і збігається з напрямком поширення електромагнітної енергії. Його величина дорівнює енергії, яку переносять через одиничну площадку, перпендикулярну S за одиницю часу. Щільність імпульсу поля в вакуумі К \u003d S / с 2 \u003d / с 2.

При великих частотах електромагнітного поля істотними стають його квантові властивості і електромагнітне поле можна розглядати як потік квантів поля - фотонів. В цьому випадку електромагнітне поле описується

Електромагнітне поле - це породжують один одного змінні електричні і магнітні поля.
Теорія електромагнітного поля створена Джеймсом Максвеллом в 1865 р

Він теоретично довів, що:
будь-яка зміна з часом магнітного поля призводить до виникнення мінливого електричного поля, а всяка зміна з часом електричного поля породжує змінюється магнітне поле.
Якщо електричні заряди рухаються з прискоренням, то створюване ними електричне поле періодично змінюється і сама створює в просторі змінне магнітне поле і т.д.

Джерелами електромагнітного поля можуть бути:
- рухомий магніт;
- електричний заряд, який рухається з прискоренням або коливається (на відміну від заряду, що рухається з постійною швидкістю, наприклад, в разі постійного струму в провіднику, тут створюється постійне магнітне поле).

Електричне поле існує завжди навколо електричного заряду, в будь-якій системі відліку, магнітне - в тій, щодо якої електричні заряди рухаються.
Електромагнітне поле існує в системі відліку, щодо якої електричні заряди рухаються з прискоренням.

СПРОБУЙ виріши

Шматок бурштину потерли об тканину, і він зарядився статичною електрикою. Яке поле можна виявити навколо нерухомого бурштину? Навколо рухається?

Заряджене тіло покоїться щодо поверхні землі. Автомобіль рівномірно і прямолінійно рухається щодо поверхні землі. Чи можна виявити постійне магнітне поле в системі відліку, пов'язаної з автомобілем?

Яке поле виникає навколо електрона, якщо він: спочиває; рухається з постійною швидкістю; рухається з прискоренням?

У кінескопа створюється потік рівномірно рухомих електронів. Чи можна виявити магнітне поле в системі відліку, пов'язаної з одним з рухомих електронів?

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ

Електромагнітні воли - це електромагнітне поле, що розповсюджується в просторі з кінцевою швидкістю, яка залежить від властивостей середовища

Властивості електромагнітних хвиль:
-распространяются не тільки в речовині, а й у вакуумі;
- поширюються у вакуумі зі швидкістю світла (С \u003d 300 000 км / c);
- це поперечні хвилі;
- це біжать хвилі (переносять енергію).

Джерелом електромагнітних хвиль є прискорено рухомі електричні заряди.
Коливання електричних зарядів супроводжуються електромагнітним випромінюванням, що має частоту, рівну частоті коливань зарядів.

ШКАЛА електромагнітних хвиль

Все, що оточує нас простір пронизаний електромагнітним випромінюванням. Сонце, що оточують нас тіла, антени передавачів випускають електромагнітні хвилі, які в залежності від їх частоти коливань носять різні назви.

Радіохвилі-це електромагнітні хвилі (c довжиною хвилі від більш ніж 10000м до 0,005М), службовці для передачі сигналів (інформації) на відстань без проводів.
В радіозв'язку радіохвилі створюються високочастотними струмами, поточними в антені.
Радіохвилі різної довжини поширюються по-різному.

Електромагнітні випромінювання з довжиною хвилі, меншою ніж 0,005М, але більшою ніж 770 нм, т. Е. Що лежать між діапазоном радіохвиль і діапазоном видимого світла, називаються інфрачервоним випромінюванням (ІК).
Інфрачервоне випромінювання випускають будь-які нагріті тіла. Джерелами інфрачервоного випромінювання служать печі, батареї водяного опалення, електричні лампи розжарювання. За допомогою спеціальних приладів інфрачервоне випромінювання можна перетворити в видиме світло і отримувати зображення нагрітих предметів в повній темряві. Інфрачервоне випромінювання застосовується для сушіння пофарбованих виробів, стін будинків, деревини.

До видимого світла відносять випромінювання з довжиною хвилі приблизно від 770нм до 380Нм, від червоного до фіолетового світла. Значення цієї ділянки спектру електромагнітних випромінювань в житті людини надзвичайно великий, так як майже всі відомості про навколишній світ людина отримує за допомогою зору. Світло є обов'язковою умовою для розвитку зелених рослин і, отже, необхідною умовою для існування життя Землі.

Невидиме оком електромагнітне випромінювання з дліннной хвилі менше, ніж у фіолетового світла, називають ультрафіолетовим випромінюванням (УФ) .. Ультрафіолетові випромінювання здатне вбивати белезнетворних бактерій, тому його широко застосовують а медицині. Ультрафіолетове випромінювання в складі сонячного світла викликає біологічні процеси, що призводять до потемніння шкіри людини - загару. Як джерела ультрафіолетового випромінювання в медицині використовуються оразрядние лампи. Трубки таких ламп виготовляють з кварцу, прозорого для ультрафіолетових променів; тому ці лампи називають кварцовими лампами.

Рентгенівські промені (Рі) \u200b\u200bневидимі азом. Вони проходять без істотного поглинання через значні шари речовини, непрозорого для видимого світла. Знаходять рентгенівське проміння по їх здатності викликати певне свічення деяких кристалів і діяти на фотоплівку. Здатність рентгенівського проміння проникати через товсті шари речовин використовується для діагностики захворювань внутрішніх органів людини.

Електромагнітне поле це такий вид матерії, яка виникає навколо рухомих зарядів. Наприклад, навколо провідника зі струмом. Електромагнітне поле складається з двох складових це електричне та магнітне поле. Незалежно один від одного вони існувати не можуть. Одне породжує інше. При зміні електричного поля тут же виникає магнітне. Швидкість поширення електромагнітної хвилі V \u003d C / EM де e і м відповідно магнітна і діелектрична проникність середовища, в якій поширюється хвиля. Електромагнітна хвиля в вакуумі поширюється зі швидкістю світла, тобто 300 000 км / с. Оскільки діелектрична і магнітна проникність вакууму вважається рівними 1. При зміні електричного поля виникає магнітне поле. Так як викликало його електричне поле не є незмінним (тобто змінюється в часі) то і магнітне поле також буде змінним. Змінюється магнітне поле в свою чергу породжує електричне поле і так далі. Таким чином, для подальшого поля (неважливо буде воно електричне або магнітне) джерелом буде служити попереднє поле, а не первісне джерело, тобто провідник зі струмом. Таким чином, навіть після відключення струму в провіднику електромагнітне поле буде продовжувати існувати і розповсюджуватися в просторі. Електромагнітна хвиля поширюється в просторі в різні боки від свого джерела. Можна собі уявити включенню лампочку, промені світла від неї поширюються на всі боки. Електромагнітна хвиля при поширенні переносить енергію в просторі. Чим сильніше струм в провіднику викликав поле, тим більше енергія переноситься хвилею. Також енергія залежить від частоти випромінюваних хвиль, при збільшенні її в 2,3,4 рази енергія хвилі збільшиться в 4,9,16 разів відповідно. Тобто енергія поширення хвилі пропорційна квадрату частоти. Найкращі умови поширення хвиль створюються, коли довжина провідника, дорівнює довжині хвилі. Силові лінії магнітного і електричного полетимо взаємно перпендикулярно. Магнітні силові лінії охоплюють провідник зі струмом і завжди замкнуті. Електричні силові лінії йдуть від одного заряду до іншого. Електромагнітна хвиля це завжди поперечна хвиля. Тобто силові лінії як магнітні, так і електричні лежать в перпендикулярній площині до напрямку поширення. Напруженість електромагнітного поля силова характеристика поля. Також напруженість, векторна величина тобто у неї є початок і напрямок. Напруженість поля спрямована по дотичній до силових ліній. Оскільки напруженість електричного і магнітного поля перпендикулярні між собою, тобто правило, за яким можна визначити напрямок поширення хвилі. При обертанні гвинта по найкоротшому шляху від вектора напруженості електричного поля до вектору напруженості магнітного поля поступальний рух гвинта покаже напрямок поширення хвилі.

Магнітне поле і його характеристики. При проходженні електричного струму по провіднику навколо нього утворюється магнітне поле. Магнітне поле являє собою один з видів матерії. Воно володіє енергією, яка проявляє себе у вигляді електромагнітних сил, що діють на окремі рухомі електричні заряди (електрони і іони) і на їх потоки, т. Е. Електричний струм. Під впливом електромагнітних сил рухаються заряджені частинки відхиляються від свого початкового шляху в напрямку, перпендикулярному полю (рис. 34). Магнітне поле утворюється тільки навколо рухомих електричних зарядів, і його дія поширюється теж лише на рухомі заряди. Магнітне і електричні поля нерозривні і утворюють спільно єдине електромагнітне поле. Будь-яке зміна електричного поляпризводить до появи магнітного поля і, навпаки, всяка зміна магнітного поля супроводжується виникненням електричного поля. Електромагнітне поле поширюється зі швидкістю світла, т. е. 300 000 км / с.

Графічне зображення магнітного поля. Графічно магнітне поле зображають магнітними силовими лініями, які проводять так, щоб напрямок силової лінії в кожній точці поля збігалося з напрямком сил поля; магнітні силові лінії завжди є безперервними і замкнутими. Напрямок магнітного поля в кожній точці може бути визначено за допомогою магнітної стрілки. Північний полюс стрілки завжди встановлюється в напрямку дії сил поля. Кінець постійного магніту, з якого виходять силові лінії (рис. 35, а), прийнято вважати північним полюсом, а протилежний кінець, до якого входять силові лінії, - південним полюсом (силові лінії, які проходять в середині магніту, не показані). Розподіл силових ліній між полюсами плоского магніту можна виявити за допомогою сталевих тирси, насипаних на аркуш паперу, покладений на полюси (рис. 35, б). Для магнітного поля в повітряному зазорі між двома паралельно розташованими різнойменними полюсами постійного магніту характерно рівномірний розподіл силових магнітних ліній (рис. 36)

Що таке електромагнітне поле, як воно впливає на здоров'я людини і навіщо його вимірювати - ви дізнаєтеся з цієї статті. Продовжуючи знайомити вас з асортиментом нашого магазину, розповімо про корисні приладах - індикаторах напруженості електромагнітного поля (ЕМП). Вони можуть застосовуватися як на підприємствах, так і в побуті.

Що таке електромагнітне поле?

Сучасний світ немислимий без побутової техніки, мобільних телефонів, електрики, трамваїв і тролейбусів, телевізорів і комп'ютерів. Ми звикли до них і зовсім не замислюємося про те, що будь-який електричний прилад створює навколо себе електромагнітне поле. Воно невидимо, але впливає на будь-які живі організми, в тому числі і на людину.

Електромагнітне поле - особлива форма матерії, що виникає при взаємодії рухомих частинок з електричними зарядами. Електричне і магнітне поле взаємопов'язані один з одним і можуть породжувати одне інше - саме тому, як правило, про них говорять разом як про один, електромагнітному полі.

До основних джерел електромагнітних полів відносять:

- лінії електропередач;
- трансформаторні підстанції;
- електропроводку, телекомунікації, кабелі телебачення та інтернету;
- вежі стільникового зв'язку, радіо- і телевежі, підсилювачі, антени стільникових і супутникових телефонів, Wi-Fi роутери;
- комп'ютери, телевізори, дисплеї;
- побутові електроприлади;
- індукційні і мікрохвильові (НВЧ) печі;
- електротранспорт;
- радари.

Вплив електромагнітних полів на здоров'я людини

Електромагнітні поля впливають на будь-які біологічні організми - на рослини, комах, тварин, людей. Вчені, які вивчають вплив ЕМП на людину, прийшли до висновку, що тривале і регулярне вплив електромагнітних полів може призвести до:
- підвищеної стомлюваності, порушень сну, головних болів, зниження тиску, зниження частоти пульсу;
- порушень в імунній, нервової, ендокринної, статевої, гормональної, серцево-судинній системах;
- розвитку онкологічних захворювань;
- розвитку захворювань центральної нервової системи;
- алергічних реакцій.

Захист від ЕМП

існують санітарні норми, Що встановлюють максимально допустимі рівні напруженості електромагнітного поля в залежності від часу перебування в небезпечній зоні - для житлових приміщень, робочих місць, місць біля джерел сильного поля. Якщо немає можливості зменшити випромінювання конструкційно, наприклад, від лінії електромагнітних передач (ЕМП) або стільникового вишки, то розробляються службові інструкції, засоби захисту для працюючого персоналу, санітарно-карантинні зони обмеженого доступу.

Різні інструкції регламентують час перебування людини в небезпечній зоні. Екранувальні сітки, плівки, скління, костюми з металізованої тканини на основі полімерних волокон здатні знизити інтенсивність електромагнітного випромінювання в тисячі разів. На вимогу ГОСТу зони випромінювання ЕМП захищаються і забезпечуються попереджувальними табличками «Не входити, небезпечно!» і знаком небезпеки електромагнітного поля.

Спеціальні служби за допомогою приладів постійно контролюють рівень напруженості ЕМП на робочих місцях і в житлових приміщеннях. Можна і самостійно подбати про своє здоров'я, купивши портативний прилад «Імпульс» або комплект «Імпульс» + нітрат-тестер «SOEKS».

Навіщо потрібні побутові прилади вимірювання напруженості електромагнітного поля?

Електромагнітне поле негативно впливає на здоров'я людини, тому корисно знати, які місця, в яких ви буваєте (вдома, в офісі, на присадибній ділянці, в гаражі) можуть становити небезпеку. Ви повинні розуміти, що підвищений електромагнітний фон можуть створювати не тільки ваші електричні прилади, телефони, телевізори і комп'ютери, але і несправна проводка, електроприлади сусідів, промислові об'єкти, розташовані неподалік.

Фахівці з'ясували, що короткочасний вплив ЕМП на людину практично нешкідливий, але тривале перебування в зоні з підвищеним електромагнітним фоном небезпечно. Ось такі зони і можна виявити за допомогою приладів типу «Імпульс». Так, ви зможете перевірити місця, де проводите найбільше часу; дитячу і свою кімнату, а робочий кабінет. У прилад занесені значення, встановлені нормативними документами, так що ви відразу зможете оцінити ступінь небезпеки для вас і ваших близьких. Можливо, що після обстеження ви вирішите відсунути комп'ютер від ліжка, позбутися від стільникового телефону з посиленою антеною, поміняти стару СВЧ-піч на нову, замінити ізоляцію дверцята холодильника з режимом No Frost.