Как работает электромагнитное поле. Электромагнитное поле, его влияние на человека, измерение и защита

30.09.2019

Электромагни́тное по́ле, особая форма материи. Посредством электромагнитного поля осуществляется взаимодействие между заряженными частицами.

Поведение электромагнитного поля изучает классическая электродинамика . Электромагнитное поле описывается Уравнениями Максвелла , которые связывают величины, характеризующие поле, с его источниками, то есть с зарядами и токами, распределенными в пространстве. Электромагнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами; при ускоренном движении частиц электромагнитное поле «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн .

Из уравнений Максвелла следует, что переменное электрическое поле порождает магнитное, а переменное магнитное поле порождает электрическое, поэтому электромагнитное поле может существовать и в отсутствие зарядов. Порождение электромагнитного поля переменным магнитным полем и магнитного поля переменным электрическим приводит к тому, что электрические и магнитные поля не существуют обособленно, независимо друг от друга. Поэтому электромагнитное поле есть вид материи, определяющийся во всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его составляющие - «электрическое поле» и «магнитное поле», и оказывающий силовое воздействие на заряженные частицы, зависящее от их скорости и величины их заряда.

Электромагнитное поле в вакууме, то есть в свободном состоянии, не связанное с частицами вещества, существует в виде электромагнитных волн, и распространяется в пустоте при отсутствии весьма сильных гравитационных полей со скоростью, равной скорости света c = 2, 998 . 10 8 м/с. Такое поле характеризуется напряженностью электрического поля Е и индукцией магнитного поля В . Для описания электромагнитного поля в среде используют также величины электрической индукции D и напряженности магнитного поля Н . В веществе, а также при наличии весьма сильных гравитационных полей, то есть вблизи весьма больших масс вещества, скорость распространения электромагнитного поля меньше величины c .

Компоненты векторов, характеризующих электромагнитное поле, образуют, согласно теории относительности , единую физическую величину - тензор электромагнитного поля, компоненты которого преобразуются при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой в соответствии с преобразованиями Лоренца .

Электромагнитное поле обладает энергией и импульсом. Существование импульса электромагнитного поля впервые было обнаружено экспериментально в опытах П. Н. Лебедева по измерению давления света в 1899 г. Электромагнитное поле всегда обладает энергией. Плотность энергии электромагнитного поля = 1/2(ЕD+ВН) .

Электромагнитное поле распространяется в пространстве. Плотность потока энергии электромагнитного поля определяется вектором Пойтинга S = , единица измерения Вт/м 2 . Направление вектора Пойтинга перпендикулярно E и H и совпадает с направлением распространения электромагнитной энергии. Его величина равна энергии, переносимой через единичную площадку, перпендикулярную S за единицу времени. Плотность импульса поля в вакууме К = S/с 2 = /с 2 .

При больших частотах электромагнитного поля существенными становятся его квантовые свойства и электромагнитное поле можно рассматривать как поток квантов поля - фотонов . В этом случае электромагнитное поле описывается

1. Введение. Предмет изучения в валеологии.

3. Основные источники электромагнитного поля.

5. Методы защиты здоровья людей от электромагнитного воздействия.

6. Список использованных материалов и литературы.

1. Введение. Предмет изучения в валеологии.

1.1 Введение.

Валеология – от лат. «valeo»-«здравствую» - научная дисциплина, изучающая индивидуальное здоровье здорового человека. Принципиальное отличие валеологии от других дисциплин (в частности, от практической медицины) состоит именно в индивидуальном подходе к оценке здоровья каждого конкретного субъекта (без учета общих и усредненных по какому-либо коллективу данных).

Впервые валеология как научная дисциплина была официально зарегистрирована в 1980 году. Её основоположником стал российский ученый И. И. Брехман, работавший во Владивостокском Государственном Университете.

В настоящее время новая дисциплина активно развивается, накапливаются научные работы, активно ведутся практические исследования. Постепенно происходит переход от статуса научной дисциплины к статусу самостоятельной науки.

1.2 Предмет изучения в валеологии.

Предметом изучения в валеологии является индивидуальное здоровье здорового человека и влияющие на него факторы. Также валеология занимается систематизацией здорового образа жизни с учетом индивидуальности конкретного субъекта.

Наиболее распространённым на данный момент определением понятия «здоровье» является определение, предложенное экспертами Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ):

Здоровье есть состояние физического, психического и социального благополучия.

Современная валеология выделяет следующие основные характеристики индивидуального здоровья:

1. Жизнь – наиболее сложное проявление существования материи, которое превосходит по сложности различные физико-химические и био- реакции.

2. Гомеостаз – квазистатичное состояние жизненных форм, характеризующееся изменчивостью на относительно больших временных отрезках и практической статичностью – на малых.

3. Адаптация – свойство жизненных форм приспосабливаться к изменяющимся условиям существования и перегрузкам. При нарушениях адаптации или слишком резких и радикальных изменениях условий возникает дезадаптация – стресс.

4. Фенотип – сочетание факторов окружающей среды, влияющих на развитие живого организма. Также термин «фенотип» характеризует совокупность особенностей развития и физиологии организма.

5. Генотип – сочетание наследственных факторов, влияющих на развитие живого организма, являющихся сочетанием генетического материала родителей. При передаче от родителей деформированных генов возникают наследственные патологии.

6. Образ жизни – совокупность поведенческих стереотипов и норм, характеризующих конкретный организм.

Здоровье (согласно определению ВОЗ).

2. Электромагнитное поле, его виды, характеристики и классификация.

2.1 Основные определения. Виды электромагнитного поля.

Электромагнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Электрическое поле – создается электрическими зарядами и заряженными частицами в пространстве. На рисунке представлена картина силовых линий (воображаемых линий, используемых для наглядного представления полей) электрического поля для двух покоящихся заряженных частиц:

Магнитное поле – создается при движении электрических зарядов по проводнику. Картина силовых линий поля для одиночного проводника представлена на рисунке:

Физической причиной существования электромагнитного поля является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле – вихревое электрическое поле. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. Поле неподвижной или равномерно движущейся частицы неразрывно связано с носителем (заряженной частицей).

Однако при ускоренном движении носителей электромагнитное поле «срывается» с них и существует в окружающей среде независимо, в виде электромагнитной волны, не исчезая с устранением носителя (например, радиоволны не исчезают при исчезновении тока (перемещения носителей – электронов) в излучающей их антенне).

2.2 Основные характеристики электромагнитного поля.

Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля (обозначение «E», размерность СИ – В/м, вектор). Магнитное поле характеризуется напряженностью магнитного поля (обозначение «H», размерность СИ – А/м, вектор). Измерению обычно подвергается модуль (длина) вектора.

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны (обозначение «(», размерность СИ - м), излучающий их источник – частотой (обозначение – «(», размерность СИ - Гц). На рисунке Е – вектор напряженности электрического поля, H – вектор напряженности магнитного поля.

При частотах 3 – 300 Гц в качестве характеристики магнитного поля может также использоваться понятие магнитной индукции (обозначение «B», размерность СИ - Тл).

2.3 Классификация электромагнитных полей.

Наиболее применяемой является так называемая «зональная» классификация электромагнитных полей по степени удаленности от источника/носителя.

По этой классификации электромагнитное поле подразделяется на «ближнюю» и «дальнюю» зоны. «Ближняя» зона (иногда называемая зоной индукции) простирается до расстояния от источника, равного 0-3(,де (- длина порождаемой полем электромагнитной волны. При этом напряженность поля быстро убывает (пропорционально квадрату или кубу расстояния до источника). В этой зоне порождаемая электромагнитная волна еще не полностью сформирована.

«Дальняя» зона – это зона сформировавшейся электромагнитной волны. Здесь напряженность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника. В этой зоне справедливо экспериментально определенное соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей:

где 377 – константа, волновое сопротивление вакуума, Ом.

Электромагнитные волны принято классифицировать по частотам:

|Крайние низкие, | Гц |Декамегаметровые | Мм |

|Сверхнизкие, СНЧ | Гц |Мегаметровые | Мм |

|Очень низкие, ОНЧ | Кгц |Мириаметровые | км |

|Низкие частоты, НЧ| Кгц|Километровые | км |

|Средние, СЧ | МГц |Гектометровые | км |

|Высокие, ВЧ | МГц |Декаметровые | м |

|Очень высокие, ОВЧ| МГц|Метровые | м |

|Ультравысокие, УВЧ| ГГц |Дециметровые | м |

|Сверхвысокие, СВЧ | ГГц |Сантиметровые | см |

|Крайне высокие, | ГГц|Миллиметровые | мм |

Измеряют обычно только напряженность электрического поля E. При частотах выше 300 МГц иногда измеряется плотность потока энергии волны, или вектор Пойтинга (обозначение «S», размерность СИ – Вт/м2).

3.Основные источники электромагнитного поля.

В качестве основных источников электромагнитного поля можно выделить:

Линии электропередач.

Электропроводка (внутри зданий и сооружений).

Бытовые электроприборы.

Персональные компьютеры.

Теле- и радиопередающие станции.

Спутниковая и сотовая связь (приборы, ретрансляторы).

Электротранспорт.

Радарные установки.

3.1 Линии электропередач (ЛЭП).

Провода работающей линии электропередач создают в прилегающем пространстве (на расстояниях порядка десятков метров от провода) электромагнитное поле промышленной частоты (50 Гц). Причем напряженность поля вблизи линии может изменяться в широких пределах, в зависимости от ее электрической нагрузки. Стандартами установлены границы санитарно-защитных зон вблизи ЛЭП (согласно СН 2971-84):

|Рабочее напряжение |330 и ниже |500 |750 |1150 |

|Размер |20 |30 |40 |55 |

(фактически границы санитарно-защитной зоны устанавливаются по наиболее удаленной от проводов граничной линии максимальной напряженности электрического поля, равной 1 кВ/м).

3.2 Электропроводка.

К электропроводке относятся:кабели электропитания систем жизнеобеспечения зданий, токораспределительные провода, а также разветвительные щиты, силовые ящики и трансформаторы. Электропроводка является основным источником электромагнитного поля промышленной частоты в жилых помещениях. При этом уровень напряженности электрического поля, излучаемого источником, зачастую относительно невысок (не превышает 500 В/м).

3.3 Бытовые электроприборы.

Источниками электромагнитных полей являются все бытовые приборы, работающие с использованием электрического тока. При этом уровень излучения изменяется в широчайших пределах в зависимости от модели, устройства прибора и конкретного режима работы. Также уровень излучения сильно зависит от потребляемой мощности прибора – чем выше мощность, тем выше уровень электромагнитного поля при работе прибора. Напряженность электрического поля вблизи электробытовых приборов не превышает десятков В/м.

В нижеприведенной таблице представлены предельно допустимые уровни магнитной индукции для наиболее мощных источников магнитного поля среди бытовых электроприборов:

|Прибор |Интервал предельно допустимых |

| |величин магнитной индукции, мкТл|

|Кофеварка | |

|Стиральная машина | |

|Утюг | |

|Пылесос | |

|Электроплита | |

|Лампа «дневного света» (люминесцентные лампы ЛТБ,| |

|Электродрель (электродвигатель | |

|мощностью Вт) | |

|Электромиксер (электродвигатель мощностью | |

| Вт) | |

|Телевизор | |

|Микроволновая печь (индукционная, СВЧ) | |

3.4 Персональные компьютеры.

Основным источником неблагоприятного воздействия на здоровье пользователя компьютера является средство визуального отображения (СВО) монитора. В большинстве современных мониторов СВО представляет собой электронно-лучевую трубку. В таблице перечислены основные факторы воздействия СВО на здоровье:

|Эргономические |Факторы воздействия электромагнитного |

| |поля электронно-лучевой трубки |

|Значительное снижение контрастности |Электромагнитное поле в частотном |

|воспроизводимого изображения в условиях |диапазоне МГц. |

|внешней подсветки экрана прямыми лучами | |

|света. | |

|Зеркальное отражение лучей света от |Электростатический заряд на поверхности |

|поверхности экрана (блики). |экрана монитора. |

|Мультипликационный характер |Ультрафиолетовое излучение (диапазон |

|воспроизведения изображения |длин волн нм). |

|(высокочастотное непрерывное обновление | |

|Дискретный характер изображения |Инфракрасное и рентгеновское |

|(подразделение на точки). |ионизирующие излучения. |

В дальнейшем в качестве главных факторов воздействия СВО на здоровье будем рассматривать только факторы воздействия электромагнитного поля электронно- лучевой трубки.

Кроме монитора и системного блока персональный компьютер может также включать в себя большое количество других устройств (таких, как принтеры, сканеры, сетевые фильтры и т.п.). Все эти устройства работают с применением электрического тока, а значит, являются источниками электромагнитного поля. Следующая таблица показывает электромагнитную обстановку вблизи компьютера (вклад монитора в данной таблице не учитывается, так как был рассмотрен ранее):

|Источник |Диапазон частот генерируемого |

| |электромагнитного поля |

|Системный блок в сборе. |. |

|Устройства ввода-вывода (принтеры, | Гц. |

|сканеры, дисководы и др.). | |

|Источники бесперебойного питания, |. |

|сетевые фильтры и стабилизаторы. | |

Электромагнитное поле персональных компьютеров имеет сложнейший волновой и спектральный состав и трудно поддается измерению и количественной оценке. Оно имеет магнитную, электростатическую и лучевую составляющие (в частности, электростатический потенциал сидящего перед монитором человека может колебаться от –3 до +5 В). Учитывая то условие, что персональные компьютеры сейчас активно используются во всех отраслях человеческой деятельности, их влияние на здоровье людей подлежит тщательнейшему изучению и контролю.

3.5 Теле- и радиопередающие станции.

На территории России в настоящее время размещается значительное количество радиотрансляционных станций и центров различной принадлежности.

Передающие станции и центры размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). Каждая система включает в себя излучающую антенну и фидерную линию, подводящую транслируемый сигнал.

Электромагнитное поле, излучаемое антеннами радиотрансляционных центров, имеет сложный спектральный состав и индивидуальное распределение напряженностей в зависимости от конфигурации антенн, рельефа местности и архитектуры прилегающей застройки. Некоторые усредненные данные по различным видам радиотрансляционных центров представлены в таблице:

| |поля, В/м. |А/м. | |

|ДВ – радиостанции |630 |1,2 |Наибольшая напряженность |

|КГц, | | |расстояниях менее 1 длины |

|500 КВт). | | | |

|200 КВт). | | | |

|КВ – радиостанции |44 |0,12 |Передатчики могут быть |

|МГц, | | |густозастроенных |

|100 КВт). | | | |

| МГц, | | |уровнем застройки. |

3.6 Спутниковая и сотовая связь.

3.6.1 Спутниковая связь.

Системы спутниковой связи состоят из передающей станции на Земле и путников – ретрансляторов, находящихся на орбите. Передающие станции спутниковой связи излучают узконаправленный волновой пучок, плотность потока энергии в котором достигает сотен Вт/м. Системы спутниковой связи создают высокие напряженности электромагнитного поля на значительных расстояниях от антенн. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км плотность потока энергии 2,8 Вт/м2. Рассеяние энергии относительно основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе непосредственного размещения антенны.

3.6.2 Сотовая связь.

Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее интенсивно развивающихся телекоммуникационных систем. Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции и мобильные радиотелефонные аппараты. Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными аппаратами, вследствие чего они являются источниками электромагнитного поля. В работе системы применяется принцип деления территории покрытия на зоны, или так называемые «соты», радиусом км. В нижеследующей таблице представлены основные характеристики действующих в России систем сотовой связи:

| | | | |Вт. |км. |

|NMT450. | |

|Аналоговый. |5] |5] | | | |

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

|DAMPS (IS – |||50 |0,2 | |

|136). | | | | | |

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

|GSM – 900. |||40 |0,25 | |

|GSM – 1800. | |

|Цифровой. |0] |5] | | | |

Интенсивность излучения базовой станции определяется нагрузкой, то есть наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения станции, дня недели и других факторов. В ночные часы загрузка станций практически равна нулю. Интенсивность же излучения мобильных аппаратов зависит в значительной степени от состояния канала связи «мобильный радиотелефон – базовая станция» (чем больше расстояние от базовой станции, тем выше интенсивность излучения ппарата).

3.7 Электротранспорт.

Электротранспорт (троллейбусы, трамваи, поезда метрополитена и т.п.) является мощным источником электромагнитного поля в диапазоне частот Гц. При этом в роли главного излучателя в подавляющем большинстве случаев выступает тяговый электродвигатель (для троллейбусов и трамваев воздушные токоприёмники по напряженности излучаемого электрического поля соперничают с электродвигателем). В таблице приведены данные по измеренной величине магнитной индукции для некоторых видов электротранспорта:

|Вид транспорта и род |Среднее значение величины |Максимальное значение |

|потребляемого тока. |магнитной индукции, мкТл. |величины магнитной |

| | |индукции, мкТл. |

|Пригородные электропоезда.|20 |75 |

|Электротранспорт с |29 |110 |

|приводом постоянного тока | | |

|(электрокары и т.п.). | | |

3.8 Радарные установки.

Радиолокационные и радарные установки имеют обычно антенны рефлекторного типа («тарелки») и излучают узконаправленный радиолуч.

Периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости излучения. Наблюдается также временная прерывистость излучения, обусловленная цикличностью работы радиолокатора на излучение. Они работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные специальные установки могут работать на частотах до 100 ГГц и более. Вследствие особого характера излучения они могут создавать на местности зоны с высокой плотностью потока энергии (100 Вт/м2 и более).

4. Влияние электромагнитного поля на индивидуальное здоровье человека.

Человеческий организм всегда реагирует на внешнее электромагнитное поле. В силу различного волнового состава и других факторов электромагнитное поле различных источников действует на здоровье человека по-разному. Вследствие этого в данном разделе воздействие различных источников на здоровье будем рассматривать по отдельности. Однако резко диссонирующее с естественным электромагнитным фоном поле искусственных источников почти во всех случаях оказывает на здоровье находящихся в зоне его воздействия людей негативное влияние.

Широкие исследования влияния электромагнитных полей на здоровье были начаты в нашей стране в 60-е годы. Было установлено, что нервная система человека чувствительна к электромагнитному воздействию, а также что поле обладает так называемым информационным действием при воздействии на человека в интенсивностях ниже пороговой величины теплового эффекта (величина напряженности поля, при которой начинает проявляться его тепловое воздействие).

В нижеследующей таблице приведены наиболее распространенные жалобы на ухудшение состояния здоровья людей, находящихся в зоне воздействия поля различных источников. Последовательность и нумерация источников в таблице соответствуют их последовательности и нумерации, принятых в разделе 3:

|Источник |Наиболее распространенные жалобы. |

|электромагнитного | |

|1. Линии |Кратковременное облучение (порядка нескольких минут) способно|

|электропередач (ЛЭП). |привести к негативной реакции только у особо чувствительных |

| |людей или у больных некоторыми видами аллергических |

| |заболеваний. Продолжительное облучение обычно приводит к |

| |различным патологиям сердечно-сосудистой и нервной систем |

| |(из-за разбалансировки подсистемы нервной регуляции). При |

| |сверхдлительном (порядка 10-20 лет) непрерывном облучении |

| |возможно (по непроверенным данным) развитие некоторых |

| |онкологических заболеваний. |

|2. Внутренняя |На настоящее время данных о жалобах на ухудшение состояния |

|электропроводка зданий|здоровья, связанное непосредственно с работой внутренних |

|и сооружений. |электросетей не имеется. |

|3. Бытовые |Имеются непроверенные данные о жалобах на кожные, |

|электроприборы. |сердечно-сосудистые и нервные патологии при долговременном |

| |систематическом пользовании микроволновыми печами старых |

| |моделей (до 1995 года выпуска). Также имеются аналогичные |

| |данные относительно применения микроволновых печей всех |

| |моделей в производственных условиях (например, для разогрева |

| |пищи в кафе). Кроме микроволновых печей имеются данные о |

| |негативном влиянии на здоровье людей телевизоров, имеющих в |

| |качестве прибора визуализации электронно-лучевую трубку. |

Электромагнитное поле это такой вид материи, которая возникает вокруг движущихся зарядов. Например, вокруг проводника с током. Электромагнитное поле состоит из двух составляющих это электрическое и магнитное поле. Независимо друг от друга они существовать не могут. Одно порождает другое. При изменении электрического поля тут же возникает магнитное.

Скорость распространения электромагнитной волны V=C/EM

Где e и м соответственно магнитная и диэлектрическая проницаемость среды, в которой распространяется волна.
Электромагнитная волна в вакууме распространяется со скоростью света, то есть 300 000 км/с. Поскольку диэлектрическая и магнитная проницаемость вакуума считается равными 1.

При изменении электрического поля возникает магнитное поле. Так как вызвавшее его электрическое поле не является неизменным (то есть изменяется во времени) то и магнитное поле также будет переменным.

Изменяющееся магнитное поле в свою очередь порождает электрическое поле и так далее. Таким образом, для последующего поля (неважно будет оно электрическое или магнитное) источником будет служить предыдущее поле, а не первоначальный источник, то есть проводник с током.

Таким образом, даже после отключения тока в проводнике электромагнитное поле будет продолжать существовать и распространятся в пространстве.

Электромагнитная волна распространяется в пространстве во все стороны от своего источника. Можно себе представить включению лампочку, лучи света от нее распространяются во все стороны.

Электромагнитная волна при распространении переносит энергию в пространстве. Чем сильнее ток в проводнике вызвавший поле, тем больше энергия переносимая волной. Также энергия зависит от частоты излучаемых волн, при увеличении ее в 2,3,4 раза энергия волны увеличится в 4,9,16 раз соответственно. То есть энергия распространения волны пропорциональна квадрату частоты.

Наилучшие условия распространения волн создаются, когда длинна проводника, равна длине волны.

Силовые линии магнитного и электрического полетим взаимно перпендикулярно. Магнитные силовые линии охватывают проводник с током и всегда замкнуты.
Электрические силовые линии идут от одного заряда к другому.

Электромагнитная волна это всегда поперечная волна. То есть силовые линии как магнитные, так и электрические лежат в перпендикулярной плоскости к направлению распространения.

Напряжённость электромагнитного поля силовая характеристика поля. Также напряженность, векторная величина то есть у нее есть начало и направление.
Напряжённость поля направлена по касательной к силовым линиям.

Поскольку напряжённость электрического и магнитного поля перпендикулярны между собой, то есть правило, по которому можно определить направление распространения волны. При вращении винта по кратчайшему пути от вектора напряжённости электрического поля к вектору напряжённости магнитного поля поступательное движение винта укажет направление распространения волны.

Подробности Категория: Электричество и магнетизм Опубликовано 05.06.2015 20:46 Просмотров: 11962

Переменные электрическое и магнитное поля при определённых условиях могут порождать друг друга. Они образуют электромагнитное поле, которое вовсе не является их совокупностью. Это единое целое, в котором эти два поля не могут существовать друг без друга.

Из истории

Опыт датского учёного Ханса Кристиана Эрстеда, проведенный в 1821 г., показал, что электрический ток порождает магнитное поле . В свою очередь, изменяющееся магнитное поле способно порождать электрический ток . Это доказал английский физик Майкл Фарадей , открывший в 1831 г. явление электромагнитной индукции. Он же является автором термина «электромагнитное поле».

В те времена в физике была принята концепция дальнодействия Ньютона . Считалось, что все тела действуют друг на друга через пустоту с бесконечно большой скоростью (практически мгновенно) и на любом расстоянии. Предполагалось, что и электрические заряды взаимодействуют подобным образом. Фарадей же считал, что пустоты в природе не существует, а взаимодействие происходит с конечной скоростью через некую материальную среду. Этой средой для электрических зарядов является электромагнитное поле . И оно распространяется со скоростью, равной скорости света .

Теория Максвелла

Объединив результаты предыдущих исследований, английский физик Джеймс Клерк Максвелл в 1864 г. создал теорию электромагнитного поля . Согласно ей, изменяющееся магнитное поле порождает изменяющееся электрическое поле, а переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле. Конечно, вначале одно из полей создаётся источником зарядов или токов. Но в дальнейшем эти поля уже могут существовать независимо от таких источников, вызывая появление друг друга. То есть, электрическое и магнитное поля являются составляющими единого электромагнитного поля . И всякое изменение одного из них вызывает появление другого. Эта гипотеза составляет основу теории Максвелла. Электрическое поле, порождаемое магнитным полем, является вихревым. Его силовые линии замкнуты.

Эта теория феноменологическая. Это означает, что она создана на основе предположений и наблюдений, и не рассматривает причину, вызывающую возникновение электрических и магнитных полей.

Свойства электромагнитного поля

Электромагнитное поле - это совокупность электрического и магнитного полей, поэтому в каждой точке своего пространства оно описывается двумя основными величинами: напряжённостью электрического поля Е и индукцией магнитного поля В .

Так как электромагнитное поле представляет собой процесс превращения электрического поля в магнитное, а затем магнитного в электрическое, то его состояние постоянно меняется. Распространяясь в пространстве и времени, оно образует электромагнитные волны. В зависимости от частоты и длины эти волны разделяют на радиоволны, терагерцовое излучение, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское и гамма-излучение .

Векторы напряжённости и индукции электромагнитного поля взаимно перпендикулярны, а плоскость в которой они лежат, перпендикулярна направлению распространения волны.

В теории дальнодействия скорость распространения электромагнитных волн считалась бесконечной большой. Однако Максвелл доказал, что это не так. В веществе электромагнитные волны распространяются с конечной скоростью, которая зависит от диэлектрической и магнитной проницаемости вещества. Поэтому Теорию Максвелла называют теорией близкодействия.

Экспериментально теорию Максвелла подтвердил в 1888 г. немецкий физик Генрих Рудольф Герц. Он доказал, что электромагнитные волны существуют. Более того, он измерил скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, которая оказалась равной скорости света.

В интегральной форме этот закон выглядит так:

Закон Гаусса для магнитного поля

Поток магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю .

Физический смысл этого закона в том, что в природе не существует магнитных зарядов. Полюса магнита разделить невозможно. Силовые линии магнитного поля замкнуты.

Закон индукции Фарадея

Изменение магнитной индукции вызывает появление вихревого электрического поля.

Теорема о циркуляции магнитного поля

В этой теореме описаны источники магнитного пόля , а также сами поля, создаваемые ими.

Электрический ток и изменение электрической индукции порождают вихревое магнитное поле .

Е – напряжённость электрического поля;

Н – напряжённость магнитного поля;

В – магнитная индукция. Это векторная величина, показывающая, с какой силой магнитное поле действует на заряд величиной q, движущийся со скоростью v;

D – электрическая индукция, или электрическое смещение. Представляет собой векторную величину, равную сумме вектора напряжённости и вектора поляризации. Поляризация вызывается смещением электрических зарядов под действием внешнего электрического поля относительно их положения, когда такое поле отсутствует.

Δ – оператор Набла. Действие этого оператора на конкретное поле называют ротором этого поля.

Δ х Е = rot E

ρ - плотность стороннего электрического заряда;

j - плотность тока - величина, показывающая силу тока, протекающего через единицу площади;

с – скорость света в вакууме.

Изучением электромагнитного поля занимается наука, называемая электродинамикой . Она рассматривает его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд. Такое взаимодействие называется электромагнитным . Классическая электродинамика описывает только непрерывные свойства электромагнитного поля с помощью уравнений Максвелла. Современная квантовая электродинамика считает, что электромагнитное поле обладает также и дискретными (прерывными) свойствами. И такое электромагнитное взаимодействие происходит с помощью неделимых частиц-квантов, не имеющих массы и заряда. Квант электромагнитного поля называют фотоном .

Электромагнитное поле вокруг нас

Электромагнитное поле образуется вокруг любого проводника с переменным током. Источниками электромагнитных полей являются линии электропередач, электродвигатели, трансформаторы, городской электрический транспорт, железнодорожный транспорт, электрическая и электронная бытовая техника – телевизоры, компьютеры, холодильники, утюги, пылесосы, радиотелефоны, мобильные телефоны, электробритвы - словом, всё, что связано с потреблением или передачей электроэнергии. Мощные источники электромагнитных полей – телевизионные передатчики, антенны станций сотовой телефонной связи, радиолокационные станции, СВЧ-печи и др. А так как таких устройств вокруг нас довольно много, то электромагнитные поля окружают нас повсюду. Эти поля воздействуют на окружающую среду и человека. Нельзя сказать, что это влияние всегда негативное. Электрические и магнитные поля существовали вокруг человека давно, но мощность их излучения ещё несколько десятилетий назад был в сотни раз ниже нынешнего.

До определённого уровня электромагнитное излучение может быть безопасным для человека. Так, в медицине с помощью электромагнитного излучения низкой интенсивности заживляют ткани, устраняют воспалительные процессы, оказывают обезболивающее действие. Аппараты УВЧ снимают спазмы гладкой мускулатуры кишечника и желудка, улучшают обменные процессы в клетках организма, снижая тонус капилляров, понижают артериальное давление.

Но сильные электромагнитные поля вызывают сбои в работе сердечно-сосудистой, имунной, эндокринной и нервной систем человека, могут вызывать бессонницу, головные боли, стрессы. Опасность в том, что их воздействие практически незаметно для человека, а нарушения возникают постепенно.

Каким образом защититься от окружающего нас электромагнитного излучения? Полностью это сделать невозможно, поэтому нужно постараться свести к минимуму его воздействие. Прежде всего нужно расположить бытовые приборы таким образом, чтобы они находились подальше от тех мест, где мы находимся чаще всего. Например, не нужно садиться слишком близко к телевизору. Ведь чем дальше расстояние от источника электромагнитного поля, тем слабее оно становится. Очень часто мы оставляем прибор, включенным в розетку. Но электромагнитное поле исчезает, лишь когда прибор отключается от электрической сети.

Влияют на здоровье человека и естественные электромагнитные поля – космическое излучение, магнитное поле Земли.

Инструкция

Возьмите две батарейки и соедините их изолентой. Соедините батарейки так, чтобы на их концах были разные, то есть плюс напротив минуса и наоборот. С помощью скрепок к концу каждой батарейки прикрепите провод. Далее разместите одну из скрепок на вершине батареек. Если скрепка не доходит до центра каждой , возможно, придется разогнуть до нужной длины. Закрепите конструкцию лентой. Убедитесь, что концы проводов свободны и края скрепки доходят до центра каждой батарейки. Подключите батареи сверху, то же самое проделайте с другой стороны.

Возьмите медную проволоку. Около 15 сантиметров проволоки оставьте прямыми, а затем начните оборачивать ее вокруг стеклянного стакана. Сделайте примерно 10 оборотов. Оставьте прямыми еще 15 сантиметров. Подключите один из проводов от источника питания к одному из свободных концов получившейся медной катушки. Убедитесь, что провода хорошо соединены друг с другом. При подключении цепь дает магнитное поле . Соедините другой провод источника питания с медной проволокой.

В то , когда через катушку идет ток, помещенный внутрь будет намагничиваться. Скрепки будут держаться вместе, так же части ложки или вилки, отвертки будут намагничиваться и притягивать другие металлические предметы, в то время пока на катушку воздействует ток.

Обратите внимание

Катушка может быть горячей. Убедитесь, что рядом нет горючих веществ и будьте осторожны, чтобы не обжечь кожу.

Полезный совет

Наиболее легко намагничиваемый металл - это железо. При проверке поля не выбирайте алюминий или медь.

Для того чтобы сделать электромагнитное поле, нужно заставить его источник излучать. При этом он должен производить совокупность двух полей электрического и магнитного, которые могут распространяться в пространстве, порождая друг друга. Электромагнитное поле может распространяться в пространстве в виде электромагнитной волны.

Вам понадобится

- изолированный провод;
- гвоздь;
- два проводника;
- катушка Румкорфа.

Инструкция

Возьмите изолированный провод с малым сопротивлением, лучше всего подойдет медный. Намотайте его на стальной сердечник, подойдет обычный гвоздь длиной 100 мм (сотка). Подключите провод к источнику тока, подойдет обычная батарейка. В возникнет электрическое поле , которое породит в нем электрический ток.

Направленное движение заряженных (электрический ток), породит в свою очередь магнитное поле , которое будет сосредоточено в стальном сердечнике, с намотанным на него проводом. Сердечник превращается и притягивается к себе ферромагнетики ( , никель, кобальт и др.). Образовавшееся поле можно назвать электромагнитным, поскольку электрическое поле магнитное.

Для получения классического электромагнитного поля нужно чтобы и электрическое и магнитное поле изменялись со временем, тогда электрическое поле будет порождать магнитное и наоборот. Для этого нужно чтобы движущиеся заряды получали ускорение. Проще всего это сделать, заставив их колебаться. Поэтому для получения электромагнитного поля достаточно взять проводник и включить его в обычную бытовую сеть. Но его будет настолько мала, что измерить при помощи приборов не удастся.

Для получения достаточно мощного магнитного поля сделайте вибратор Герца. Для этого возьмите два прямых идентичных проводника, закрепите их так, чтобы зазор между ними составлял 7 мм. Это буде открытого колебательного контура, с малой и электроемкостью. Присоедините каждый из проводников к зажимам Румкорфа (она позволяет получать импульсы высокого напряжения). Присоедините схему к аккумуляторной батарее. В искровом промежутке между проводниками начнутся разряды, а сам вибратор станет источником электромагнитного поля.

Видео по теме

Внедрение новых технологий и повсеместное использование электричества привело к появлению искусственных электромагнитных полей, которые чаще всего вредно воздействуют на человека и окружающую среду. Эти физические поля возникают там, где имеются движущиеся заряды.

Природа электромагнитного поля

Электромагнитное поле представляет собой особый вид материи. Оно возникает вокруг проводников, по которым движутся электрические заряды. Состоит силовое поле из двух самостоятельных полей – магнитного и электрического, которые не могут существовать в отрыве одно от другого. Электрическое поле при возникновении и изменении неизменно порождает магнитное.

Одним из первых природу переменных полей в середине XIX века стал исследовать Джеймс Максвелл, которому и принадлежит заслуга создания теории электромагнитного поля. Ученый показал, что движущиеся с ускорением электрические заряды создают электрическое поле. Изменение его порождает поле магнитных сил.

Источником переменного магнитного поля может стать магнит, если привести его в движение, а также электрический заряд, который колеблется или движется с ускорением. Если заряд перемещается с постоянной скоростью, то по проводнику течет постоянный ток, для которого характерно постоянное магнитное поле. Распространяясь в пространстве, электромагнитное поле переносит энергию, которая зависит от величины тока в проводнике и частоты излучаемых волн.

Воздействие электромагнитного поля на человека

Уровень всех электромагнитных излучений, которые создают сконструированные человеком технические системы, во много раз превышает естественное излучение планеты. Это тепловым эффектом, что может привести к перегреву тканей организма и необратимым последствиям. К примеру, длительное пользование мобильным телефоном, который является источником излучения, может привести к повышению температуры головного мозга и хрусталика глаза.

Электромагнитные поля, возникающие при использовании бытовой техники, могут стать причиной появления злокачественных новообразований. В особенности это относится к детскому организму. Длительное нахождение человека вблизи источника электромагнитных волн снижает эффективность работы иммунной системы, ведет к заболеваниям сердца и сосудов.

Конечно, полностью отказаться от использования технических средств, которые являются источником электромагнитного поля, нельзя. Но можно применять самые простые меры профилактики, например, использовать телефон только с гарнитурой, не оставлять шнуры приборов в электрических розетках после использования техники. В быту рекомендуется применять удлинители и кабели, имеющие защитное экранирование.

hram-bal.ru