Электромагнитное поле и его характеристики

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………2

1.Электромагнитное поле……………………………………………………………3

1.1.История  открытия………………………………………………………….4

1.2.Измерение  электромагнитного поля…………………………..6

1.3.Различные интерпретации электромагнитного поля….7

2.Классификация электромагнитных  полей…………………………………9

3.Основные источники электромагнитного поля…………………………11

4.Характеристики электромагнитного поля………………………………….21

Заключение…………………………………………………………………………………….22

Список используемой литературы………………………………………………..23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В современных условиях научно-технического прогресса в результате развития различных видов энергетики и  промышленности электромагнитные излучения  занимают одно из ведущих мест по своей  экологической и производственной значимости среди других факторов окружающей среды.

В целом общий электромагнитный фон состоит из источников естественного (электрические и магнитные поля Земли, атмосферики, радиоизлучения Солнца и галактик) и искусственного (антропогенного) происхождения (телевизионные и радиостанции, линии электропередачи, электробытовая техника и другие) излучений.

Уровень естественного электромагнитного  фона в некоторых случаях бывает на несколько порядков ниже уровней электромагнитных излучений, создаваемых антропогенными источниками. Электромагнитные излучения космического, околоземного и биосферного пространств играют определенную роль в организации жизненных процессов на Земле, и в ряде случаев выявляется их биологическая значимость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Электромагнитное  поле

Электромагнитное  поле - это фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определенных условиях порождать друг друга. Электромагнитное поле (его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета - каждое зависит от обоих - электрического и магнитного - в старой, и это еще одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.

В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного  поля, компонентами которого являются три компоненты напряженности электрического поля и три компоненты напряженности  магнитного поля (или - магнитной индукции), а также четырехмерным электромагнитным потенциалом - в определенном отношении  еще более важным.

Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в  классическом приближении посредством  силы Лоренца. Квантовые свойства электромагнитного  поля и его взаимодействия с заряженными  частицами (а также квантовые  поправки к классическому приближению) - предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств  электромагнитного поля более или  менее удовлетворительно описывается  упрощенной квантовой теорией, исторически  возникшей заметно раньше.

Распространение возмущений электромагнитного  поля на далекие расстояния называется электромагнитной волной (электромагнитными  волнами). Любая электромагнитная волна  распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью - скоростью  света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины  волны электромагнитное излучение  подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе инфракрасный и  ультрафиолет), рентгеновское излучение  и гамма-излучение.[12]

 

 

1.1.История  открытия

В 1819г. датский  физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что  проводник, по которому течёт электрический  ток, вызывает отклонение стрелки магнитного компаса, из чего следовало, что электрические  и магнитные явления взаимосвязаны.

Французский физик и математик  А. Ампер в 1824г. дал математическое описание взаимодействия проводника тока с магнитным полем.

 В 1831г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил и дал математическое описание явления электромагнитной индукции - возникновения электродвижущей силы в проводнике, находящемся под действием изменяющегося магнитного поля.

В 1864г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой  электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные  составляющие единого целого - электромагнитного  поля. Эта теория с единой точки  зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что  любые изменения электромагнитного  поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической  среде (в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей  от диэлектрической и магнитной  проницаемости этой среды. Для вакуума  теоретическое значение этой скорости, было близко к экспериментальным  измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу  высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.

В 1887г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший  теоретические выводы Максвелла. Его  экспериментальная установка состояла из находящихся на некотором расстоянии друг от друга передатчика и приёмника  электромагнитных волн, и фактически представляла собой исторически  первую систему радиосвязи.

В связи со всё большим распространением источников электромагнитного поля в быту (СВЧ-печи, мобильные телефоны, теле-радиовещание) и на производстве (оборудование ТВЧ, радиосвязь), большое значение приобретает измерение и нормирование уровней ЭМП. Нормирование уровней ЭМП проводится раздельно для рабочих мест и санитарно-селитебной зоны. Контроль за уровнями ЭМП возложен на органы санитарного надзора и инспекцию электросвязи, а на предприятиях - на службу охраны труда.

Предельно-допустимые уровни ЭМП в  разных радиочастотных диапазонах различны.[7]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.Измерение электромагнитного поля

Измерение электромагнитного  поля целесообразно проводить для определения его интенсивности, ведь любой человек подвержен его интенсивному воздействию. Измерение электромагнитного излучения позволяет оценить степень возмущения электрических и магнитных полей, которые образуются около работающих систем радиосвязи, бытовой техники, производственного оборудования и т. д.  
 
Измерение электромагнитного излучения - очень важный момент, так как это излучение не вполне изучено, но доказано учёными, что оно влияет на живые организмы и может являться причиной повышенной утомляемости, слабости, скачков артериального давления и многих других неприятностей со здоровьем. Узнать, является ли уровень электромагнитного излучения в Вашем доме нормальным, можно с помощью измерения электромагнитного поля вокруг бытовых и радио проборов с помощью специальных устройств, а именно, измерителей напряжённости электромагнитных полей.[11]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.Различные  интерпретации электромагнитного  поля

В некоторых  полевых интерпретациях не делается различие между "электромагнитным полем" и "электромагнитным полем излучения" ("волновым электромагнитным полем"), что создает путаницу в терминологии.

«В квантовой физике электромагнитное поле интерпретируется как "газ" элементарных частиц - фотонов, ...»[1]

«Квантом этого поля является фотон ...»[2]

 «При больших частотах электромагнитного поля становятся существенными его квантовые (дискретные) свойства, и электромагнитное поле можно рассматривать как поток квантов поля - фотонов.»[2]

Так как  поток квантов электромагнитного  поля (фотонов)- это поле электромагнитных волн с дискретными свойствами (фотон - квант света), в данной интерпретации  возникают проблемы с терминологией, например, "возмущение электромагнитного  поля" означает "возмущение электромагнитных волн", т.е. модуляцию волн. Данная интерпретация неприменима для  рассмотрения процессов, протекающих  в дискретных электромагнитных волнах - фотонах, так как само поле интерпретируется как состоящее из фотонов. "Электромагнитное поле" и"электромагнитное поле излучения" - это разные понятия, так как электромагнитное поле излучения - это электромагнитный поток (поле распространяющихся электромагнитных волн - волновое электромагнитное поле).

«... поля излучения (поля электромагнитных волн).»[1]

 «Поля такого рода называются электромагнитными волнами.»[3]

 «Поле электромагнитных волн называется полем излучения.»[4]

Электромагнитные  поля излучения - это векторные поля,состоящие из электрических и магнитных потоков. Квантом таких полей является электромагнитный квант - фотон, который состоит из кванта электрического потока и кванта магнитного потока.

«Такое поле называется электромагнитным полем излучения. Это понятие  охватывает радиоволны, световые волны, рентгеновские и гамма-лучи.»[5]

Электромагнитные  поля (потоки) излучения представляют распространяющиеся вихревые поля (токи электрического смещения) в виде электромагнитных волн - волновых колебаний (возмущений) электромагнитного поля.

«Электромагнитными волнами называются возмущения электромагнитного поля, распространяющиеся в пространстве.»[4]

 «Колебания вещества порождают упругую волну, а колебания электромагнитного поля - электромагнитную волну.»[6]

 «Это пространство с действующими в нем силами называется электромагнитным полем.»[7]

 «... электромагнитное поле может быть представлено как совокупность бесконечно большого числа гармонических осцилляторов.»[8]

«... плотность энергии электромагнитного  поля складывается из плотностей энергии  электрического и магнитного полей.»[9]

«Таким образом, появление магнитного поля токов есть чисто релятивистский эффект и никакой новой физической субстанции (например, в виде магнитных  зарядов) появляться не должно, что  и подтверждается экспериментально.»[10]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.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 0-3l, где l- 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: 
 
^ E=377H, где 377 – константа, волновое сопротивление вакуума, Ом. 
 
Электромагнитные волны принято классифицировать по частотам:

Наименование  частотного диапазона	Границы диапазона	Наименование  волнового диапазона	Границы диапазона
Крайние низкие, КНЧ	[3..30] Гц	Декамегаметровые	[100..10] Мм
Сверхнизкие, СНЧ	[30..300] Гц	Мегаметровые	[10..1] Мм
Инфранизкие, ИНЧ	[0,3..3] Кгц	Гектокилометровые	[1000..100] км
Очень низкие, ОНЧ	[3..30] Кгц	Мириаметровые	[100..10] км
Низкие частоты, НЧ	[30..300] Кгц	Километровые	[10..1] км
Средние, СЧ	[0,3..3] МГц	Гектометровые	[1..0,1] км
Высокие, ВЧ	[3..30] МГц	Декаметровые	[100..10] м
Очень высокие, ОВЧ	[30..300] МГц	Метровые	[10..1] м
>    Ультравысокие, УВЧ	[0,3..3] ГГц	Дециметровые	[1..0,1] м
Сверхвысокие, СВЧ	[3..30] ГГц	Сантиметровые	[10..1] см
Крайне высокие, КВЧ	[30..300] ГГц	Миллиметровые	[10..1] мм
Гипервысокие, ГВЧ	[300..3000] ГГц	Децимиллиметровые	[1..0,1] 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).[12]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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