Dom › Motor › Školska enciklopedija. Elektromagnetsko polje

Školska enciklopedija. Elektromagnetsko polje

Shmelev V.E., Sbitnev S.A.

"TEORIJSKE OSNOVE ELEKTROTEHNIKE"

"TEORIJA ELEKTROMAGNETSKOG POLJA"

Poglavlje 1. Osnovni pojmovi teorije elektromagnetskog polja

§ 1.1. Određivanje elektromagnetskog polja i njegovih fizikalnih veličina.
Matematički aparat teorije elektromagnetskog polja

elektromagnetsko polje(EMF) je vrsta materije koja silno djeluje na nabijene čestice i u svim je točkama određena s dva para vektorskih veličina koje karakteriziraju njezine dvije strane – električno i magnetsko polje.

Električno polje- ovo je komponenta EMF-a, koju karakterizira utjecaj na električki nabijenu česticu silom proporcionalnom naboju čestice i neovisnom o njezinoj brzini.

Magnetsko polje- ovo je komponenta EMF-a, koju karakterizira utjecaj na pokretnu česticu silom proporcionalnom naboju čestice i njezinoj brzini.

Osnovna svojstva i metode za proračun EMF-a koji se proučavaju u kolegiju Teoretske osnove elektrotehnike uključuju kvalitativno i kvantitativno proučavanje EMF-a koji se nalazi u električnim, radio-elektroničkim i biomedicinskim uređajima. Za to su najprikladnije jednadžbe elektrodinamike u integralnom i diferencijalnom obliku.

Matematički aparat teorije elektromagnetskog polja (TEMF) temelji se na skalarnoj teoriji polja, vektorskoj i tenzorskoj analizi, te diferencijalnom i integralnom računu.

Kontrolna pitanja

1. Što je elektromagnetsko polje?

2. Što se naziva električno i magnetsko polje?

3. Na čemu se temelji matematički aparat teorije elektromagnetskog polja?

§ 1.2. Fizičke veličine koje karakteriziraju EMF

Vektor jakosti električnog polja u točki Q naziva se vektor sile koja djeluje na električki nabijenu nepokretnu česticu postavljenu u točku Q ako ova čestica ima jedinični pozitivan naboj.

Prema ovoj definiciji električna sila koja djeluje na točkasti naboj q jednako je:

Gdje E mjereno u V/m.

Karakterizira se magnetsko polje vektor magnetske indukcije. Magnetska indukcija u nekoj točki promatranja Q je vektorska veličina čiji je modul jednak magnetskoj sili koja djeluje na nabijenu česticu koja se nalazi u točki Q, koja ima jedinični naboj i giba se jediničnom brzinom, a vektori sile, brzine, magnetske indukcije, kao i naboj čestice zadovoljavaju uvjet

Magnetska sila koja djeluje na zakrivljeni vodič s strujom može se odrediti formulom

Na ravni vodič, ako je u jednoličnom polju, djeluje sljedeća magnetska sila

U svim najnovijim formulama B - magnetska indukcija, koja se mjeri u teslama (Tl).

1 T je takva magnetska indukcija pri kojoj na ravni vodič sa strujom od 1A djeluje magnetska sila jednaka 1N ako su linije magnetske indukcije usmjerene okomito na vodič s strujom i ako je duljina vodiča 1 m. .

Osim jakosti električnog polja i magnetske indukcije, u teoriji elektromagnetskog polja razmatraju se sljedeće vektorske veličine:

1) električna indukcija D (električni pomak), koji se mjeri u C / m 2,

EMF vektori su funkcije prostora i vremena:

Gdje Q- osmatračnica, t- trenutak vremena.

Ako je točka promatranja Q je u vakuumu, tada između odgovarajućih parova vektorskih veličina vrijede sljedeći odnosi

gdje je apsolutna permitivnost vakuuma (osnovna električna konstanta), = 8,85419 * 10 -12;

Apsolutna magnetska permeabilnost vakuuma (osnovna magnetska konstanta); \u003d 4π * 10 -7.

Kontrolna pitanja

1. Što je jakost električnog polja?

2. Što se naziva magnetska indukcija?

3. Kolika je magnetska sila koja djeluje na nabijenu česticu koja se giba?

4. Kolika je magnetska sila koja djeluje na vodič s strujom?

5. Koje vektorske veličine karakteriziraju električno polje?

6. Koje vektorske veličine karakteriziraju magnetsko polje?

§ 1.3. Izvori elektromagnetskog polja

Izvori EMP su električni naboji, električni dipoli, pokretni električni naboji, električne struje, magnetski dipoli.

Pojmovi električnog naboja i električne struje dati su u kolegiju fizike. Električne struje su tri vrste:

1. Provodne struje.

2. Struje pomaka.

3. Prijenosne struje.

Provodna struja- brzina prolaska pokretnih naboja elektrovodljivog tijela kroz određenu površinu.

Prednaponska struja- brzina promjene strujanja vektora električnog pomaka kroz određenu površinu.

Prijenosna struja karakterizira sljedeći izraz

Gdje v - brzina prijenosa tijela kroz površinu S; n - vektor jedinične normale na površinu; - linearna gustoća naboja tijela koja lete kroz površinu u smjeru normale; ρ je volumna gustoća električnog naboja; str v - gustoća prijenosne struje.

električni dipol naziva se par točkastih naboja + q i - q koji se nalazi na udaljenosti l jedna od druge (slika 1).

Točkasti električni dipol karakterizira vektor električnog dipolnog momenta:

magnetski dipol zove se ravni krug s električnom strujom ja Magnetski dipol karakterizira vektor momenta magnetskog dipola

Gdje S je vektor površine ravne plohe razvučene preko strujnog kruga. Vektor S usmjerena okomito na ovu ravnu površinu, štoviše, ako se gleda s kraja vektora S , tada će se kretanje duž konture u smjeru koji se podudara sa smjerom struje dogoditi suprotno od kazaljke na satu. To znači da je smjer vektora dipolnog magnetskog momenta povezan sa smjerom struje prema pravilu desnog vijka.

Atomi i molekule tvari su električni i magnetski dipoli, pa se svaka točka realnog tipa u EMF-u može karakterizirati zapreminskom gustoćom električnog i magnetskog dipolnog momenta:

P - električna polarizacija tvari:

M - magnetizacija tvari:

Električna polarizacija tvari je vektorska veličina jednaka zapreminskoj gustoći električnog dipolnog momenta u nekoj točki realnog tijela.

Magnetizacija materije je vektorska veličina jednaka zapreminskoj gustoći momenta magnetskog dipola u nekoj točki realnog tijela.

električni pomak- to je vektorska veličina, koja se za bilo koju točku promatranja, bez obzira nalazi li se u vakuumu ili u tvari, određuje iz relacije:

(za vakuum ili materiju),

(samo za vakuum).

Jakost magnetskog polja- vektorska veličina, koja se za bilo koju točku promatranja, bez obzira nalazi li se u vakuumu ili u tvari, određuje iz relacije:

gdje se jakost magnetskog polja mjeri u A/m.

Osim polarizacije i magnetizacije, postoje i drugi izvori EMF-a raspodijeljenih po volumenu:

- gustoća masovnog električnog naboja ; ,

gdje se volumna gustoća električnog naboja mjeri u C/m 3 ;

- vektor gustoće električne struje, čija je normalna komponenta jednaka

U općenitijem slučaju, struja koja teče kroz otvorenu površinu S, jednak je fluksu vektora gustoće struje kroz tu površinu:

gdje se vektor gustoće električne struje mjeri u A/m 2 .

Kontrolna pitanja

1. Koji su izvori elektromagnetskog polja?

2. Što je struja provođenja?

3. Što je prednaponska struja?

4. Što je prijenosna struja?

5. Što je električni dipol i električni dipolni moment?

6. Što je magnetski dipol i magnetski dipolni moment?

7. Kako se naziva električna polarizacija i magnetizacija tvari?

8. Što se naziva električnim pomakom?

9. Kako se naziva jakost magnetskog polja?

10. Što je volumetrijska gustoća električnog naboja i gustoća struje?

Primjer primjene MATLAB-a

Zadatak.

S obzirom: Strujni krug s električnom strujom ja u prostoru je opseg trokuta čije su kartezijeve koordinate vrhova dane: x 1 , x 2 , x 3 , g 1 , g 2 , g 3 , z 1 , z 2 , z 3 . Ovdje su indeksi brojevi vrhova. Vrhovi su numerirani u smjeru toka električne struje.

Potreban sastavite MATLAB funkciju koja izračunava vektor dipolnog magnetskog momenta petlje. Prilikom sastavljanja m-datoteke može se pretpostaviti da se prostorne koordinate mjere u metrima, a struja se mjeri u amperima. Dopuštena je proizvoljna organizacija ulaznih i izlaznih parametara.

Riješenje

% m_dip_moment - izračun magnetskog dipolnog momenta trokutastog kruga sa strujom u prostoru

%pm = m_dip_moment(tok,čvorovi)

% ULAZNI PARAMETRI

% struje - struja u krugu;

% čvorova - kvadratna matrica oblika ." , čiji svaki red sadrži koordinate odgovarajućeg vrha.

% IZLAZNI PARAMETAR

% pm je redna matrica kartezijevih komponenti vektora magnetskog dipolnog momenta.

funkcija pm = m_dip_moment(tok,čvorovi);

pm=tok*)]) det()]) det()])]/2;

% U posljednjoj izjavi vektor površine trokuta množi se strujom

>> čvorovi=10*rand(3)

9.5013 4.8598 4.5647

2.3114 8.913 0.18504

6.0684 7.621 8.2141

>> pm=m_dip_moment(1,čvorovi)

13.442 20.637 -2.9692

U ovaj slučaj dogodilo se P M = (13,442* 1 x + 20.637*1 g - 2.9692*1 z) A * m 2 ako je struja u krugu 1 A.

§ 1.4. Prostorni diferencijalni operatori u teoriji elektromagnetskog polja

Gradijent skalarno polje Φ( Q) = Φ( x, y, z) naziva se vektorsko polje definirano formulom:

Gdje V 1 - područje koje sadrži točku Q; S 1 - područje ograničenja zatvorene površine V 1 , Q 1 - točka koja pripada površini S 1 ; δ - najveća udaljenost od točke Q na točke na površini S 1 (maks| QQ 1 |).

Divergencija vektorsko polje F (Q)=F (x, y, z) naziva se skalarno polje definirano formulom:

Rotor(vrtložno) vektorsko polje F (Q)=F (x, y, z) je vektorsko polje definirano formulom:

istrunuti F =

Nabla operator je vektorski diferencijalni operator, koji je u Kartezijevim koordinatama definiran formulom:

Predstavimo grad, div i rot preko nabla operatora:

Ove operatore pišemo u kartezijevim koordinatama:

; ;

Laplaceov operator u Kartezijevim koordinatama definiran je formulom:

Diferencijalni operatori drugog reda:

Integralni teoremi

teorem gradijenta ;

Teorem o divergenciji

Teorem o rotoru

U teoriji EMF-a koristi se još jedan od integralnih teorema:

Kontrolna pitanja

1. Što se naziva gradijent skalarnog polja?

2. Što se naziva divergencija vektorskog polja?

3. Kako se naziva rotor vektorskog polja?

4. Što je operator nabla i kako se preko njega izražavaju diferencijalni operatori prvog reda?

5. Koji integralni teoremi vrijede za skalarna i vektorska polja?

Primjer primjene MATLAB-a

Zadatak.

S obzirom: U volumenu tetraedra skalarna i vektorska polja mijenjaju se po linearnom zakonu. Koordinate vrhova tetraedra dane su matricom oblika [ x 1 , g 1 , z 1 ; x 2 , g 2 , z 2 ; x 3 , g 3 , z 3 ; x 4 , g 4 , z 4]. Vrijednosti skalarnog polja u vrhovima dane su matricom [F 1 ; F 2; F 3; F 4]. Kartezijeve komponente vektorskog polja u vrhovima dane su matricom [ F 1 x, F 1g, F 1z; F 2x, F 2g, F 2z; F 3x, F 3g, F 3z; F 4x, F 4g, F 4z].

Definirati u volumenu tetraedra, gradijent skalarnog polja, kao i divergenciju i zakrivljenost vektorskog polja. Napišite MATLAB funkciju za ovo.

Riješenje. Ispod je tekst m-funkcije.

% grad_div_rot - Izračunajte gradijent, divergenciju i zavoj... u volumenu tetraedra

%=grad_div_rot(čvorovi,skalar,vektor)

% ULAZNI PARAMETRI

% čvorova - matrica koordinata vrhova tetraedra:

% linija odgovara vrhovima, stupci - koordinatama;

% skalarno - stupčasta matrica skalarnih vrijednosti polja u vrhovima;

% vektor - matrica komponenti vektorskog polja u vrhovima:

% IZLAZNI PARAMETRI

% grad - redna matrica kartezijevih komponenti gradijenta skalarnog polja;

% div - vrijednost divergencije vektorskog polja u volumenu tetraedra;

% rot - redna matrica kartezijevih komponenti rotora vektorskog polja.

% U proračunima se uzima da u volumenu tetraedra

% vektorska i skalarna polja mijenjaju se u prostoru po linearnom zakonu.

funkcija =grad_div_rot(čvorovi,skalar,vektor);

a=inv(); % Matrica koeficijenata linearne interpolacije

grad=(a(2:end,:)*skalar)."; % Komponente gradijenta skalarnog polja

div=*vektor(:); % Divergencija vektorskog polja

rot=zbroj(križ(a(2:kraj,:),vektor."),2).";

Primjer pokretanja razvijene m-funkcije:

>> čvorovi=10*rand(4,3)

3.5287 2.0277 1.9881

8.1317 1.9872 0.15274

0.098613 6.0379 7.4679

1.3889 2.7219 4.451

>> skalar=rand(4,1)

>>vector=rand(4,3)

0.52515 0.01964 0.50281

0.20265 0.68128 0.70947

0.67214 0.37948 0.42889

0.83812 0.8318 0.30462

>> =grad_div_rot(čvorovi,skalar,vektor)

0.16983 -0.03922 -0.17125

0.91808 0.20057 0.78844

Ako pretpostavimo da se prostorne koordinate mjere u metrima, a vektorska i skalarna polja su bezdimenzijska, tada se u ovom primjeru pokazalo:

grad F = (-0,16983* 1 x - 0.03922*1 g - 0.17125*1 z) m-1;

div F = -1,0112 m -1;

istrunuti F = (-0.91808*1 x + 0.20057*1 g + 0.78844*1 z) m -1 .

§ 1.5. Osnovni zakoni teorije elektromagnetskog polja

EMF jednadžbe u integralnom obliku

Cijeli važeći zakon:

ili

Kruženje vektora jakosti magnetskog polja duž konture l jednaka je ukupnoj električnoj struji koja teče kroz površinu S, rastegnut preko konture l, ako smjer struje tvori desni sustav sa smjerom zaobilaženja kruga.

Zakon elektromagnetske indukcije:

Gdje E c je jakost vanjskog električnog polja.

EMF elektromagnetske indukcije e i u strujnom krugu l jednaka brzini promjene magnetskog toka kroz površinu S, rastegnut preko konture l, a smjer brzine promjene magnetskog toka formira se sa smjerom e i lijevoruki sustav.

Gaussov teorem u integralnom obliku:

Strujanje vektora električnog pomaka kroz zatvorenu površinu S jednak je zbroju slobodnih električnih naboja u volumenu omeđenom površinom S.

Zakon kontinuiteta linija magnetske indukcije:

Magnetski tok kroz bilo koju zatvorenu površinu jednak je nuli.

Neposredna primjena jednadžbi u integralnom obliku omogućuje izračunavanje najjednostavnijih elektromagnetskih polja. Za proračun elektromagnetskih polja složenijeg oblika koriste se jednadžbe u diferencijalnom obliku. Te se jednadžbe nazivaju Maxwellove jednadžbe.

Maxwellove jednadžbe za stacionarne medije

Ove jednadžbe izravno slijede iz odgovarajućih jednadžbi u integralnom obliku i iz matematičkih definicija prostornih diferencijalnih operatora.

Ukupni trenutni zakon u diferencijalnom obliku:

Ukupna gustoća električne struje,

Vanjska gustoća električne struje,

Gustoća struje vodljivosti,

Gustoća struje pomaka: ,

Gustoća prijenosne struje: .

To znači da je električna struja vrtložni izvor vektorskog polja jakosti magnetskog polja.

Zakon elektromagnetske indukcije u diferencijalnom obliku:

To znači da je izmjenično magnetsko polje vrtložni izvor za prostornu raspodjelu vektora jakosti električnog polja.

Jednadžba kontinuiteta linija magnetske indukcije:

To znači da polje vektora magnetske indukcije nema izvora, tj. u prirodi ne postoje magnetski naboji (magnetski monopoli).

Gaussov teorem u diferencijalnom obliku:

To znači da su izvori vektorskog polja električnog pomaka električni naboji.

Da bi se osigurala jedinstvenost rješenja problema analize EMF-a, potrebno je Maxwellove jednadžbe dopuniti jednadžbama materijalne veze između vektora E I D , i B I H .

Odnosi između vektora polja i elektrofizičkih svojstava medija

Poznato je da

(1)

Svi dielektrici su polarizirani električnim poljem. Svi magneti su magnetizirani magnetskim poljem. Statička dielektrična svojstva tvari mogu se u potpunosti opisati funkcionalnom ovisnošću vektora polarizacije P od vektora jakosti električnog polja E (P =P (E )). Statička magnetska svojstva tvari mogu se u potpunosti opisati funkcionalnom ovisnošću vektora magnetizacije M od vektora jakosti magnetskog polja H (M =M (H )). U općem slučaju, takve su ovisnosti dvosmislene (histereze) prirode. To znači da vektor polarizacije ili magnetizacije u točki Q određena je ne samo vrijednošću vektora E ili H u ovom trenutku, ali i povijest promjene vektora E ili H u ovom trenutku. Iznimno je teško eksperimentalno istražiti i modelirati te ovisnosti. Stoga se u praksi često pretpostavlja da vektori P I E , i M I H su kolinearne, a elektrofizička svojstva tvari opisuju se skalarnim funkcijama histereze (| P |=|P |(|E |), |M |=|M |(|H |). Ako se karakteristike histereze gornjih funkcija mogu zanemariti, tada se električna svojstva opisuju funkcijama s jednom vrijednošću P=P(E), M=M(H).

U mnogim slučajevima, ove funkcije se mogu približno smatrati linearnim, tj.

Tada, uzimajući u obzir relaciju (1), možemo napisati sljedeće

(4)

Prema tome, relativna dielektrična i magnetska propusnost tvari:

Apsolutna permitivnost tvari:

Apsolutna magnetska permeabilnost tvari:

Relacije (2), (3), (4) karakteriziraju dielektrična i magnetska svojstva tvari. Električno vodljiva svojstva tvari mogu se opisati Ohmovim zakonom u diferencijalnom obliku

gdje je specifična električna vodljivost tvari, mjerena u S/m.

U općenitijem slučaju, ovisnost između gustoće struje vodljivosti i vektora jakosti električnog polja ima nelinearni karakter vektorske histereze.

Energija elektromagnetskog polja

Volumetrijska gustoća energije električnog polja je

Gdje W e se mjeri u J / m 3.

Volumetrijska gustoća energije magnetskog polja je

Gdje W m se mjeri u J / m 3.

Volumetrijska gustoća energije elektromagnetskog polja jednaka je

U slučaju linearnih električnih i magnetskih svojstava tvari, volumna gustoća energije EMF-a jednaka je

Ovaj izraz vrijedi za trenutne vrijednosti vektora specifične energije i EMF.

Specifična snaga gubitaka topline iz provodnih struja

Specifična snaga izvora trećih strana

Kontrolna pitanja

1. Kako se formulira ukupni strujni zakon u integralnom obliku?

2. Kako se u integralnom obliku formulira zakon elektromagnetske indukcije?

3. Kako se Gaussov teorem i zakon kontinuiteta magnetskog toka formuliraju u integralnom obliku?

4. Kako se u diferencijalnom obliku formulira zakon ukupne struje?

5. Kako se u diferencijalnom obliku formulira zakon elektromagnetske indukcije?

6. Kako se Gaussov teorem i zakon kontinuiteta linija magnetske indukcije formuliraju u integralnom obliku?

7. Koji odnosi opisuju električna svojstva tvari?

8. Kako se energija elektromagnetskog polja izražava preko vektorskih veličina koje ga određuju?

9. Kako se utvrđuje specifična snaga toplinskih gubitaka i specifična snaga tuđih izvora?

Primjeri primjene MATLAB-a

Zadatak 1.

S obzirom: Unutar volumena tetraedra magnetska indukcija i magnetizacija tvari mijenjaju se po linearnom zakonu. Dane su koordinate vrhova tetraedra, dane su i vrijednosti vektora magnetske indukcije i magnetizacije tvari na vrhovima.

Izračunati gustoću električne struje u volumenu tetraedra, pomoću m-funkcije sastavljene u rješenju zadatka iz prethodnog paragrafa. Izvršite izračun u naredbenom prozoru MATLAB, uz pretpostavku da su prostorne koordinate mjerene u milimetrima, magnetska indukcija u teslima, jakost magnetskog polja i magnetizacija u kA/m.

Riješenje.

Postavimo izvorne podatke u format koji je kompatibilan s grad_div_rot m-funkcijom:

>> čvorovi=5*rand(4,3)

0.94827 2.7084 4.3001

0.96716 0.75436 4.2683

3.4111 3.4895 2.9678

1.5138 1.8919 2.4828

>> B=rand(4,3)*2,6-1,3

1.0394 0.41659 0.088605

0.83624 -0.41088 0.59049

0.37677 -0.54671 -0.49585

0.82673 -0.4129 0.88009

>> mu0=4e-4*pi % apsolutne vakuumske magnetske permeabilnosti, μH/mm

>> M=rand(4,3)*1800-900

122.53 -99.216 822.32

233.26 350.22 40.663

364.93 218.36 684.26

83.828 530.68 -588.68

>> =grad_div_rot(čvorovi,jedinice(4,1),B/mu0-M)

0 -3.0358e-017 0

914.2 527.76 -340.67

U ovom primjeru, vektor ukupne gustoće struje u razmatranom volumenu pokazao se jednak (-914,2* 1 x + 527.76*1 g - 340.67*1 z) A/mm 2 . Za određivanje modula gustoće struje, izvršite sljedeću izjavu:

>> cur_d=sqrt(cur_dens*cur_dens.")

Izračunata vrijednost gustoće struje ne može se dobiti u jako magnetiziranim medijima u stvarnim tehničkim uređajima. Ovaj primjer je čisto edukativan. A sada provjerimo ispravnost postavljanja distribucije magnetske indukcije u volumenu tetraedra. Da biste to učinili, izvršite sljedeću naredbu:

>> =grad_div_rot(čvorovi,jedinice(4,1),B)

0 -3.0358e-017 0

0.38115 0.37114 -0.55567

Ovdje smo dobili vrijednost div B \u003d -0,34415 T / mm, što ne može biti u skladu sa zakonom kontinuiteta linija magnetske indukcije u diferencijalnom obliku. Iz ovoga slijedi da je raspodjela magnetske indukcije u volumenu tetraedra pogrešno postavljena.

Zadatak 2.

Neka je tetraedar čije su koordinate vrha zadane u zraku (mjerne jedinice su metri). Neka su zadane vrijednosti vektora jakosti električnog polja na njegovim vrhovima (mjerne jedinice - kV/m).

Potreban izračunati volumetrijsku gustoću električnog naboja unutar tetraedra.

Riješenje može se napraviti na sličan način:

>> čvorovi=3*rand(4,3)

2.9392 2.2119 0.59741

0.81434 0.40956 0.89617

0.75699 0.03527 1.9843

2.6272 2.6817 0.85323

>> eps0=8,854e-3 % apsolutna permitivnost vakuuma, nF/m

>> E=20*rand(4,3)

9.3845 8.4699 4.519

1.2956 10.31 11.596

19.767 6.679 15.207

11.656 8.6581 10.596

>> =grad_div_rot(čvorovi,jedne(4,1),E*eps0)

0.076467 0.21709 -0.015323

U ovom primjeru, volumetrijska gustoća naboja je 0,10685 μC/m 3 .

§ 1.6. Rubni uvjeti za EMF vektore.
Zakon očuvanja naboja. Umov-Poyntingov teorem

ili

Ovdje je označeno: H 1 - vektor jakosti magnetskog polja na sučelju između medija u okruženju br. 1; H 2 - isto u okruženju br. 2; H 1t- tangencijalna (tangencijalna) komponenta vektora jakosti magnetskog polja na sučelju medija u mediju broj 1; H 2t- isto u okruženju br. 2; E 1 je vektor ukupne jakosti električnog polja na sučelju medija u mediju br. 1; E 2 - isto u okruženju br. 2; E 1 c - komponenta treće strane vektora jakosti električnog polja na medijskom sučelju u mediju br. 1; E 2c - isto u okruženju br. 2; E 1t- tangencijalna komponenta vektora jakosti električnog polja na sučelju medija u mediju br. 1; E 2t- isto u okruženju br. 2; E 1s t- tangencijalna komponenta treće strane vektora jakosti električnog polja na medijskom sučelju u mediju br. 1; E 2t- isto u okruženju br. 2; B 1 - vektor magnetske indukcije na sučelju medija u mediju br. 1; B 2 - isto u okruženju br. 2; B 1n- normalna komponenta vektora magnetske indukcije na granici medija u mediju br. 1; B 2n- isto u okruženju br. 2; D 1 - vektor električnog pomaka na sučelju medija u mediju br. 1; D 2 - isto u okruženju br. 2; D 1n- normalna komponenta vektora električnog pomaka na sučelju medija u mediju br. 1; D 2n- isto u okruženju br. 2; σ je površinska gustoća električnog naboja na granici medija, mjerena u C/m 2 .

Zakon očuvanja naboja

Ako nema izvora struje trećih strana, onda

a u općem slučaju, tj. vektor ukupne gustoće struje nema izvora, tj. linije ukupne struje su uvijek zatvorene

Umov-Poyntingov teorem

Volumetrijska gustoća snage koju troši materijalna točka u EMF-u jednaka je

Prema identitetu (1)

Ovo je jednadžba bilance snage za volumen V. U općem slučaju, u skladu s jednakošću (3), elektromagnetska snaga koju stvaraju izvori unutar volumena V, ide na toplinske gubitke, na akumulaciju EMF energije i na zračenje u okolni prostor kroz zatvorenu površinu koja ograničava taj volumen.

Integrand u integralu (2) naziva se Poyntingov vektor:

Gdje P mjereno u W / m 2.

Taj je vektor jednak gustoći toka elektromagnetske snage na nekoj točki promatranja. Jednakost (3) je matematički izraz Umov-Poyntingovog teorema.

Elektromagnetska snaga koju zrači područje V u okolni prostor jednak je protoku Pointingovog vektora kroz zatvorenu plohu S, granično područje V.

Kontrolna pitanja

1. Koji izrazi opisuju rubne uvjete za vektore elektromagnetskog polja na sučeljima medija?

2. Kako se u diferencijalnom obliku formulira zakon održanja naboja?

3. Kako se u integralnom obliku formulira zakon održanja naboja?

4. Koji izrazi opisuju rubne uvjete za gustoću struje na sučeljima medija?

5. Kolika je volumna gustoća snage koju troši materijalna točka u elektromagnetskom polju?

6. Kako se piše jednadžba ravnoteže elektromagnetske snage za određeni volumen?

7. Što je Pointingov vektor?

8. Kako je formuliran Umov-Poyntingov teorem?

Primjer primjene MATLAB-a

Zadatak.

S obzirom: U prostoru postoji trokutasta ploha. Koordinate vrhova su postavljene. Također su dane vrijednosti vektora jakosti električnog i magnetskog polja na vrhovima. Komponenta jakosti električnog polja treće strane je nula.

Potreban izračunajte elektromagnetsku snagu koja prolazi kroz tu trokutastu površinu. Sastavite MATLAB funkciju koja izvodi ovaj izračun. Prilikom izračuna, uzmite u obzir da je pozitivni normalni vektor usmjeren na takav način da ako gledate s njegovog kraja, tada će se kretanje u uzlaznom redoslijedu brojeva vrhova dogoditi suprotno od kazaljke na satu.

Riješenje. Ispod je tekst m-funkcije.

% em_power_tri - izračun elektromagnetske snage koja prolazi

% trokutaste plohe u prostoru

%P=em_power_tri(čvorovi,E,H)

% ULAZNI PARAMETRI

% čvorova - kvadratna matrica poput ." ,

% u čijem su svakom retku ispisane koordinate pripadajućeg vrha.

% E - matrica komponenti vektora jakosti električnog polja u vrhovima:

% Redovi odgovaraju vrhovima, stupci odgovaraju Kartezijevim komponentama.

% H - matrica komponenti vektora jakosti magnetskog polja u vrhovima.

% IZLAZNI PARAMETAR

%P - elektromagnetska snaga koja prolazi kroz trokut

% U izračunima se pretpostavlja da na trokutu

% vektori jakosti polja mijenjaju se u prostoru po linearnom zakonu.

funkcija P=em_snaga_tri(čvorovi,E,H);

% Izračunajte vektor dvostruke površine trokuta

S=)]) det()]) det()])];

P=zbroj(križ(E,(jedinice(3,3)+oko(3))*H,2))*S."/24;

Primjer pokretanja razvijene m-funkcije:

>> čvorovi=2*rand(3,3)

0.90151 0.5462 0.4647

1.4318 0.50954 1.6097

1.7857 1.7312 1.8168

>> E=2*rand(3,3)

0.46379 0.15677 1.6877

0.47863 1.2816 0.3478

0.099509 0.38177 0.34159

>> H=2*rand(3,3)

1.9886 0.62843 1.1831

0.87958 0.73016 0.23949

0.6801 0.78648 0.076258

>> P=em_power_tri(čvorovi,E,H)

Ako pretpostavimo da se prostorne koordinate mjere u metrima, vektor jakosti električnog polja je u voltima po metru, vektor jakosti magnetskog polja je u amperima po metru, tada se u ovom primjeru pokazalo da je elektromagnetska snaga koja prolazi kroz trokut 0,18221 W.

elektricitet oko nas

Elektromagnetsko polje (definicija iz TSB-a)- ovo je poseban oblik materije, kroz koji se provodi interakcija između električno nabijenih čestica. Na temelju ove definicije nije jasno što je primarno - postojanje nabijenih čestica ili prisutnost polja. Možda samo zbog prisutnosti elektromagnetskog polja, čestice mogu dobiti naboj. Baš kao u priči o kokoši i jajetu. Suština je da su nabijene čestice i elektromagnetsko polje neodvojivi jedni od drugih i ne mogu postojati jedni bez drugih. Dakle, definicija ne daje vama i meni priliku da shvatimo bit fenomena elektromagnetskog polja i jedino što treba zapamtiti je da ovo poseban oblik materije! Teoriju elektromagnetskog polja razvio je James Maxwell 1865. godine.

Što je elektromagnetsko polje? Možemo zamisliti da živimo u elektromagnetskom svemiru koji je u cijelosti prožet elektromagnetskim poljem, a razne čestice i tvari, ovisno o svojoj strukturi i svojstvima, pod utjecajem elektromagnetskog polja dobivaju pozitivan ili negativan naboj, akumuliraju ga, ili ostaju električki neutralni. Odnosno elektromagnetska polja mogu se podijeliti u dvije vrste: statički, odnosno koje emitiraju nabijena tijela (čestice) i njihov sastavni dio, i dinamičan, šireći se u svemiru, bivajući otrgnut od izvora koji ga je zračio. Dinamičko elektromagnetsko polje u fizici se prikazuje kao dva međusobno okomita vala: električni (E) i magnetski (H).

Činjenica da je električno polje generirano izmjeničnim magnetskim poljem, a magnetsko polje - izmjeničnim električnim, dovodi do činjenice da električno i magnetsko izmjenično polje ne postoje odvojeno jedno od drugog. Elektromagnetsko polje nepokretnih ili jednoliko gibajućih nabijenih čestica izravno je povezano sa samim česticama. Ubrzanim kretanjem ovih nabijenih čestica, elektromagnetsko polje se od njih "otkine" i egzistira samostalno u obliku elektromagnetskih valova, ne nestajući eliminacijom izvora.

Izvori elektromagnetskih polja

Prirodni (prirodni) izvori elektromagnetskih polja

Prirodni (prirodni) izvori EMP podijeljeni su u sljedeće skupine:

električno i magnetsko polje Zemlje;

radiozračenje Sunca i galaksija (kozmičko mikrovalno zračenje ravnomjerno raspoređeno u Svemiru);

atmosferski elektricitet;

biološka elektromagnetska pozadina.

Zemljino magnetsko polje. Magnituda Zemljinog geomagnetskog polja varira preko Zemljine površine od 35 µT na ekvatoru do 65 µT blizu polova.

Zemljino električno polje je usmjerena normalno na zemljinu površinu, koja je negativno nabijena u odnosu na gornje slojeve atmosfera. Jakost električnog polja blizu Zemljine površine iznosi 120…130 V/m i približno eksponencijalno opada s visinom. Godišnje promjene u EP slične su prirode na cijeloj Zemlji: maksimalni intenzitet je 150...250 V/m u razdoblju siječanj-veljača, a najmanji je 100...120 V/m u lipnju-srpnju.

atmosferski elektricitet su električni fenomeni u zemljinoj atmosferi. U zraku (link) uvijek postoje pozitivni i negativni električni naboji - ioni koji nastaju pod utjecajem radioaktivnih tvari, kozmičkih zraka i ultraljubičastog zračenja Sunca. Globus je negativno nabijen; između njega i atmosfere postoji velika potencijalna razlika. Snaga elektrostatskog polja naglo se povećava za vrijeme grmljavine. Frekvencijski raspon atmosferskih pražnjenja je između 100 Hz i 30 MHz.

izvanzemaljski izvori uključuju zračenje izvan Zemljine atmosfere.

Biološka elektromagnetska pozadina. Biološki objekti, kao i druga fizička tijela, na temperaturama iznad apsolutne nule zrače EMF u rasponu od 10 kHz - 100 GHz. To je zbog kaotičnog kretanja naboja - iona, u ljudskom tijelu. Gustoća snage takvog zračenja kod ljudi je 10 mW/cm2, što za odraslu osobu daje ukupnu snagu od 100 vata. Ljudsko tijelo također emitira EMF na 300 GHz s gustoćom snage od oko 0,003 W/m2.

Antropogeni izvori elektromagnetskih polja

Antropogeni izvori dijele se u 2 skupine:

Izvori niskofrekventnog zračenja (0 - 3 kHz)

U ovu grupu spadaju svi sustavi za proizvodnju, prijenos i distribuciju električne energije (električni vodovi, transformatorske stanice, električne centrale, razni kabelski sustavi), kućna i uredska električna i elektronička oprema, uključujući monitore osobnih računala, električna vozila, željeznički promet i njegova infrastruktura, kao i metro, trolejbuski i tramvajski prijevoz.

Već danas elektromagnetsko polje na 18-32% teritorija gradova nastaje kao posljedica automobilskog prometa. Elektromagnetski valovi koji nastaju tijekom kretanja vozila ometaju televizijski i radijski prijem, a mogu štetno djelovati i na ljudski organizam.

RF izvori (3 kHz do 300 GHz)

U ovu skupinu spadaju funkcionalni odašiljači - izvori elektromagnetskog polja u svrhu odašiljanja ili primanja informacija. To su komercijalni odašiljači (radio, televizija), radiotelefoni (auto-, radiotelefoni, CB radio, amaterski radio odašiljači, industrijski radiotelefoni), usmjerene radiokomunikacije (satelitske radiokomunikacije, zemaljske relejne postaje), navigacija (zračni promet, brodarstvo). , radio točka), lokatori (zračna komunikacija, brodarstvo, prometni lokatori, kontrola zračnog prometa). To također uključuje različitu tehnološku opremu koja koristi mikrovalno zračenje, izmjenična (50 Hz - 1 MHz) i impulsna polja, opremu za kućanstvo (mikrovalne pećnice), sredstva za vizualni prikaz informacija na katodnim cijevima (PC monitori, televizori itd.) . Za znanstveno istraživanje U medicini se koriste struje ultravisoke frekvencije. Elektromagnetska polja koja proizlaze iz uporabe takvih struja predstavljaju određenu profesionalnu opasnost, stoga je potrebno poduzeti mjere zaštite od njihovih učinaka na tijelo.

Glavni tehnogeni izvori su:

kućni televizori, mikrovalne pećnice, radiotelefoni itd. uređaji;

elektrane, elektrane i trafostanice;

široko razgranate električne i kabelske mreže;

radarske, radio i televizijske odašiljačke postaje, repetitori;

računala i video monitori;

nadzemni elektroenergetski vodovi (DV).

Značajka izloženosti u urbanim uvjetima je utjecaj na stanovništvo ukupne elektromagnetske pozadine (integralni parametar) i jakog EMF-a iz pojedinačnih izvora (diferencijalni parametar).

Što je elektromagnetsko polje, kako ono utječe na ljudsko zdravlje i zašto ga mjeriti - saznat ćete iz ovog članka. Nastavljajući vas upoznati s asortimanom naše trgovine, reći ćemo vam o korisnim uređajima - indikatorima jakosti elektromagnetskog polja (EMF). Mogu se koristiti iu poduzećima i kod kuće.

Što je elektromagnetsko polje?

Moderni svijet je nezamisliv bez kućanskih aparata, Mobiteli, struja, tramvaji i trolejbusi, televizori i računala. Navikli smo na njih i uopće ne razmišljamo o tome da bilo koji električni uređaj oko sebe stvara elektromagnetsko polje. Nevidljiv je, ali utječe na sve žive organizme, uključujući i ljude.

Elektromagnetsko polje je poseban oblik materije koji nastaje kada pokretne čestice djeluju u interakciji s električnim nabojima. Električno i magnetsko polje su međusobno povezana i mogu jedno drugo rađati - zbog čega se u pravilu o njima govori zajedno kao o jednom, elektromagnetskom polju.

Glavni izvori elektromagnetskih polja uključuju:

- električni vodovi;
— transformatorske podstanice;
– elektroinstalacije, telekomunikacije, TV i internet kablovi;
– mobilni tornjevi, radio i TV tornjevi, pojačala, mobilne i satelitske telefonske antene, Wi-Fi ruteri;
— računala, televizori, zasloni;
- kućanski električni uređaji;
– indukcijske i mikrovalne (MW) pećnice;
— električni transport;
- radari.

Utjecaj elektromagnetskih polja na ljudsko zdravlje

Elektromagnetska polja utječu na sve biološke organizme - biljke, insekte, životinje, ljude. Znanstvenici koji proučavaju učinak elektromagnetskih polja na ljude došli su do zaključka da dugotrajna i redovita izloženost elektromagnetskim poljima može dovesti do:
- povećan umor, poremećaji spavanja, glavobolje, smanjeni tlak, smanjen broj otkucaja srca;
- poremećaji u imunološkom, živčanom, endokrinom, spolnom, hormonskom, kardiovaskularnom sustavu;
— razvoj onkološke bolesti;
- razvoj bolesti središnjeg živčani sustavi s;
- alergijske reakcije.

EMI zaštita

Postoje sanitarni standardi koji određuju maksimalno dopuštene razine jakosti elektromagnetskog polja ovisno o vremenu provedenom u opasnom području - za stambene prostore, radna mjesta, mjesta u blizini izvora jakog polja. Ako nije moguće strukturno smanjiti zračenje, na primjer, iz elektromagnetskog dalekovoda (EMF) ili ćelijskog tornja, tada se izrađuju servisne upute, zaštitna oprema za radno osoblje i sanitarno-karantenske zone ograničenog pristupa.

Različite upute reguliraju vrijeme boravka osobe u zoni opasnosti. Zaštitne mreže, filmovi, stakla, odijela od metalizirane tkanine na bazi polimernih vlakana mogu smanjiti intenzitet elektromagnetskog zračenja tisućama puta. Na zahtjev GOST-a, zone EMF zračenja su ograđene i opremljene znakovima upozorenja "Ne ulazite, opasno je!" i simbol elektromagnetske opasnosti.

Posebne službe uz pomoć uređaja stalno prate razinu intenziteta EMF na radnim mjestima iu stambenim prostorijama. Za svoje zdravlje možete se pobrinuti i sami kupnjom prijenosnog uređaja "Impulse" ili seta "Impulse" + tester nitrata "SOEKS".

Zašto su nam potrebni kućanski uređaji za mjerenje jakosti elektromagnetskog polja?

Elektromagnetsko polje negativno utječe na ljudsko zdravlje, stoga je korisno znati koja mjesta posjećujete (kod kuće, u uredu, u vrtu, u garaži) mogu biti opasna. Morate shvatiti da povećanu elektromagnetsku pozadinu mogu stvoriti ne samo vaši električni uređaji, telefoni, televizori i računala, već i neispravne instalacije, električni uređaji susjeda, industrijski objekti koji se nalaze u blizini.

Stručnjaci su utvrdili da je kratkotrajna izloženost čovjeka EMF-u praktički bezopasna, ali je dugotrajan boravak u području s povećanom elektromagnetskom pozadinom opasan. To su zone koje se mogu detektirati pomoću uređaja tipa "Impuls". Dakle, možete provjeriti mjesta na kojima provodite najviše vremena; dječja soba i vaša spavaća soba; studija. Instrument sadrži postavljene vrijednosti normativni dokumenti kako biste odmah mogli procijeniti stupanj opasnosti za vas i vaše bližnje. Moguće je da nakon pregleda odlučite odmaknuti računalo od kreveta, riješiti se mobitela s pojačalom antene, zamijeniti staru mikrovalnu pećnicu novom, zamijeniti izolaciju na vratima hladnjaka s No Frost modom .

Godine 1860.-1865. jedan od najvećih fizičara 19. stoljeća James Clerk Maxwell stvorio teoriju elektromagnetsko polje. Prema Maxwellu, fenomen elektromagnetske indukcije objašnjava se na sljedeći način. Ako se u nekoj točki prostora magnetsko polje mijenja s vremenom, tada se tamo stvara i električno polje. Ako se u polju nalazi zatvoreni vodič, tada električno polje u njemu izaziva indukcijsku struju. Iz Maxwellove teorije proizlazi da je moguć i obrnuti proces. Ako se u nekom području prostora električno polje mijenja s vremenom, tada se i ovdje formira magnetsko polje.

Stoga svaka promjena magnetskog polja tijekom vremena rezultira promjenjivim električnim poljem, a svaka promjena električnog polja tijekom vremena dovodi do promjenjivog magnetskog polja. Ova izmjenična električna i magnetska polja stvaraju jedno drugo elektromagnetsko polje.

Svojstva elektromagnetskih valova

Najvažniji rezultat koji proizlazi iz Maxwellove teorije elektromagnetskog polja bilo je predviđanje mogućnosti postojanja elektromagnetskih valova. elektromagnetski val- širenje elektromagnetskih polja u prostoru i vremenu.

Elektromagnetski valovi, za razliku od elastičnih (zvučnih) valova, mogu se širiti u vakuumu ili bilo kojoj drugoj tvari.

Elektromagnetski valovi u vakuumu šire se brzinom c=299 792 km/s, odnosno brzinom svjetlosti.

U materiji je brzina elektromagnetskog vala manja nego u vakuumu. Odnos između valne duljine, njegove brzine, perioda i frekvencije oscilacija dobiven za mehaničke valove vrijedi i za elektromagnetske valove:

Fluktuacije vektora napetosti E i vektor magnetske indukcije B javljaju se u međusobno okomitim ravninama i okomito na smjer širenja vala (vektor brzine).

Elektromagnetski val nosi energiju.

Raspon elektromagnetskih valova

Oko nas složeni svijet elektromagnetski valovi različitih frekvencija: zračenje monitora računala, mobitela, mikrovalnih pećnica, televizora itd. Trenutno se svi elektromagnetski valovi dijele po valnoj duljini u šest glavnih raspona.

Radio valovi- to su elektromagnetski valovi (valne duljine od 10.000 m do 0,005 m), koji služe za prijenos signala (informacija) na daljinu bez žica. U radiokomunikacijama, radiovalove stvara struja visoke frekvencije koja teče kroz antenu.

Elektromagnetsko zračenje valne duljine od 0,005 m do 1 mikrona, tj. između radio valova i vidljive svjetlosti nazivaju se infracrveno zračenje. Infracrveno zračenje emitira svako zagrijano tijelo. Izvor infracrvenog zračenja su peći, baterije, električne žarulje sa žarnom niti. Uz pomoć posebnih uređaja infracrveno zračenje može se pretvoriti u vidljivu svjetlost i dobiti slike zagrijanih predmeta u potpunom mraku.

DO vidljivo svjetlo uključuju zračenje valne duljine od približno 770 nm do 380 nm, od crvene do ljubičaste. Značenje ovog dijela spektra elektromagnetskog zračenja u životu čovjeka je izuzetno veliko, jer čovjek gotovo sve informacije o svijetu oko sebe prima pomoću vida.

Oku nevidljivo elektromagnetsko zračenje s valnom duljinom kraćom od ljubičaste naziva se ultraljubičasto zračenje. Može ubiti patogene bakterije.

rendgensko zračenje oku nevidljiv. Prolazi bez značajne apsorpcije kroz značajne slojeve tvari neprozirne za vidljivu svjetlost, koja se koristi za dijagnosticiranje bolesti unutarnjih organa.

Gama zračenje zove se elektromagnetsko zračenje koje emitiraju pobuđene jezgre i nastaje međudjelovanjem elementarnih čestica.

Princip radiokomunikacije

Kao izvor elektromagnetskih valova koristi se oscilatorni krug. Za učinkovito zračenje strujni krug je "otvoren", t.j. stvoriti uvjete da polje "ode" u svemir. Ovaj uređaj se naziva otvoreni oscilatorni krug - antena.

radio komunikacija zove se prijenos informacija pomoću elektromagnetskih valova čije su frekvencije u rasponu od do Hz.

Radar (radar)

Uređaj koji odašilje ultrakratke valove i odmah ih prima. Zračenje se provodi kratkim impulsima. Impulsi se reflektiraju od objekata, omogućujući, nakon primanja i obrade signala, postavljanje udaljenosti do objekta.

Radar brzine radi na sličnom principu. Razmislite o tome kako radar određuje brzinu automobila koji se kreće.

1. Uvod. Predmet proučavanja valeologije.

3. Glavni izvori elektromagnetskog polja.

5. Metode zaštite zdravlja ljudi od elektromagnetskog izlaganja.

6. Popis korištene građe i literature.

1. Uvod. Predmet proučavanja valeologije.

1.1 Uvod.

Valeologija - od lat. "valeo" - "zdravo" - znanstvena disciplina koja proučava individualno zdravlje zdrave osobe. Temeljna razlika između valeologije i drugih disciplina (osobito praktične medicine) leži upravo u individualnom pristupu procjeni zdravlja svakog pojedinog subjekta (bez uzimanja u obzir općih i prosječnih podataka za bilo koju skupinu).

Valeologija je kao znanstvena disciplina prvi put službeno registrirana 1980. godine. Njegov osnivač bio je ruski znanstvenik I. I. Brekhman, koji je radio na Državnom sveučilištu u Vladivostoku.

Trenutno se nova disciplina aktivno razvija, znanstveni radovi se akumuliraju, a praktična istraživanja se aktivno provode. Postupno dolazi do prijelaza iz statusa znanstvene discipline u status samostalne znanosti.

1.2 Predmet proučavanja valeologije.

Predmet proučavanja valeologije je individualno zdravlje zdrave osobe i čimbenici koji na njega utječu. Također, valeologija se bavi sistematizacijom zdravog načina života, uzimajući u obzir individualnost određenog subjekta.

Trenutno je najčešća definicija pojma "zdravlje" definicija koju su predložili stručnjaci Svjetske zdravstvene organizacije (WHO):

Zdravlje je stanje tjelesnog, psihičkog i socijalnog blagostanja.

Moderna valeologija identificira sljedeće glavne karakteristike individualnog zdravlja:

1. Život je najsloženija manifestacija postojanja materije koja svojom složenošću nadilazi razne fizikalno-kemijske i bioreakcije.

2. Homeostaza - kvazistatično stanje životnih oblika, koje karakterizira varijabilnost u relativno velikim vremenskim razdobljima i praktična statičnost - u kratkim.

3. Prilagodba – svojstvo životnih oblika da se prilagođavaju promjenjivim uvjetima postojanja i preopterećenjima. S kršenjem prilagodbe ili preoštrim i radikalnim promjenama u uvjetima dolazi do neprilagođenosti - stresa.

4. Fenotip – kombinacija okolišnih čimbenika koji utječu na razvoj živog organizma. Također, pojam "fenotip" karakterizira ukupnost razvojnih značajki i fiziologije organizma.

5. Genotip - kombinacija nasljednih čimbenika koji utječu na razvoj živog organizma, što je kombinacija genetskog materijala roditelja. Kada se deformirani geni prenose od roditelja, nastaju nasljedne patologije.

6. Životni stil - skup stereotipa i normi ponašanja koji karakteriziraju određeni organizam.

Zdravlje (kako je definirala WHO).

2. Elektromagnetsko polje, njegove vrste, karakteristike i podjela.

2.1 Osnovne definicije. Vrste elektromagnetskog polja.

Elektromagnetsko polje je poseban oblik materije kroz koji se ostvaruje međudjelovanje između električki nabijenih čestica.

Električno polje – stvaraju ga električni naboji i nabijene čestice u prostoru. Slika prikazuje sliku linija polja (zamišljenih linija koje se koriste za vizualizaciju polja) električnog polja za dvije nabijene čestice u mirovanju:

Magnetsko polje – nastaje kretanjem električnih naboja kroz vodič. Uzorak linija polja za jedan vodič prikazan je na slici:

Fizikalni razlog postojanja elektromagnetskog polja je taj što vremenski promjenjivo električno polje pobuđuje magnetsko polje, a promjenjivo magnetsko polje pobuđuje vrtložno električno polje. Kontinuirano se mijenjajući, obje komponente podržavaju postojanje elektromagnetskog polja. Polje nepokretne ili jednoliko gibajuće čestice neraskidivo je povezano s nositeljem (nabijenom česticom).

Međutim, ubrzanim kretanjem nositelja elektromagnetsko polje se od njih “otkine” i postoji u okolini samostalno, u obliku elektromagnetskog vala, ne nestajući uklanjanjem nositelja (npr. radio valovi ne nestaju kada struja nestane (kretanje nositelja – elektrona) u anteni koja ih emitira).

2.2 Osnovne karakteristike elektromagnetskog polja.

Električno polje karakterizira jakost električnog polja (oznaka "E", SI jedinica - V/m, vektor). Magnetsko polje karakterizira jakost magnetskog polja (oznaka "H", SI dimenzija - A/m, vektor). Obično se mjeri modul (duljina) vektora.

Elektromagnetske valove karakteriziraju valna duljina (oznaka "(", SI dimenzija - m), izvor koji ih emitira - frekvencija (oznaka - "(", SI dimenzija - Hz). Na slici E je vektor jakosti električnog polja, H je vektor jakosti magnetskog polja.

Na frekvencijama od 3 - 300 Hz, pojam magnetske indukcije također se može koristiti kao karakteristika magnetskog polja (oznaka "B", SI dimenzija - T).

2.3 Klasifikacija elektromagnetskih polja.

Najviše se koristi tzv. "zonska" klasifikacija elektromagnetskih polja prema stupnju udaljenosti od izvora/nosača.

Prema ovoj klasifikaciji, elektromagnetsko polje se dijeli na "blizu" i "daleku" zonu. Zona "blizu" (ponekad se naziva zona indukcije) proteže se do udaljenosti od izvora jednake 0-3 (, de (- duljina elektromagnetskog vala generiranog poljem. U ovom slučaju, jakost polja brzo opada (proporcionalno kvadratu ili kubu udaljenosti do izvora) U ovoj zoni generirani elektromagnetski val još nije u potpunosti formiran.

“Daleka” zona je zona formiranog elektromagnetskog vala. Ovdje se jakost polja smanjuje obrnuto proporcionalno udaljenosti od izvora. U ovoj zoni vrijedi eksperimentalno utvrđen odnos između jakosti električnog i magnetskog polja:

gdje je 377 konstantna, vakuumska impedancija, Ohm.

Elektromagnetski valovi obično se klasificiraju prema frekvencijama:

| Ekstremno nizak, | | Hz | Dekamegametar | Mm |

| Ultranisko, VLF | | Hz | Megametar | Mm |

| Vrlo nisko, VLF | KHz | Mirijametar | km |

| Niske frekvencije, bas | | KHz|Kilometar | km |

| Prosjek, MF | | MHz | Hektometrija | km |

| Visoko, HF | | MHz | Dekametar | m |

|Vrlo visoko, VHF| MHz|Metar | m |

|Ultravisoki, UHF| GHz | Decimetar | m |

| Ultra visoka, mikrovalna | | GHz | Centimetar | cm |

| Izuzetno visok, | | GHz|Milimetar | mm |

Obično se mjeri samo jakost električnog polja E. Na frekvencijama iznad 300 MHz ponekad se mjeri gustoća toka energije vala, odnosno Poyntingov vektor (oznaka “S”, SI dimenzija je W/m2).

3. Glavni izvori elektromagnetskog polja.

Glavni izvori elektromagnetskog polja su:

Električni vodovi.

Ožičenje (unutar zgrada i građevina).

Električni uređaji za kućanstvo.

Osobna računala.

TV i radio odašiljačke stanice.

Satelitske i mobilne komunikacije (uređaji, repetitori).

Električni transport.

radarske instalacije.

3.1 Električni vodovi (DV).

Žice radnog dalekovoda stvaraju elektromagnetsko polje industrijske frekvencije (50 Hz) u susjednom prostoru (na udaljenostima reda nekoliko desetaka metara od žice). Štoviše, jakost polja u blizini voda može varirati u širokom rasponu, ovisno o njegovom električnom opterećenju. Norme određuju granice sanitarno zaštitnih zona u blizini vodova (prema SN 2971-84):

| Radni napon | 330 i niže | 500 | 750 | 1150 |

| Veličina | 20 | 30 | 40 | 55 |

(zapravo, granice zone sanitarne zaštite utvrđene su duž granične linije maksimalne jakosti električnog polja, koja je najudaljenija od žica, jednaka 1 kV / m).

3.2 Ožičenje.

Električno ožičenje uključuje: energetske kabele za građevinske sustave za održavanje života, žice za distribuciju električne energije, kao i ploče za grananje, kutije za napajanje i transformatore. Električno ožičenje je glavni izvor elektromagnetskog polja industrijske frekvencije u stambenim prostorijama. U tom slučaju, razina jakosti električnog polja koju emitira izvor često je relativno niska (ne prelazi 500 V/m).

3.3 Kućanski električni uređaji.

Izvori elektromagnetskog polja su svi kućanski uređaji koji rade pomoću električne struje. Istodobno, razina zračenja varira u najširem rasponu, ovisno o modelu, uređaju uređaja i specifičnom načinu rada. Također, razina zračenja jako ovisi o potrošnji energije uređaja – što je veća snaga, veća je i razina elektromagnetskog polja tijekom rada uređaja. Snaga električnog polja u blizini kućanskih aparata ne prelazi desetke V/m.

Donja tablica prikazuje najveće dopuštene razine magnetske indukcije za najjače izvore magnetskog polja među kućanskim električnim uređajima:

| Uređaj | Interval ograničenja | |

| | vrijednosti magnetske indukcije, μT |

|Aparat za kavu | |

|Perilica za rublje | |

| Željezo | |

| Usisavač | |

| Električni štednjak | |

|Svjetiljka « dnevno svjetlo» (fluorescentne svjetiljke LTB, | |

| Električna bušilica (motorna | |

| Snaga W) | | |

| Električna miješalica (pogonski motor | |

| W) | |

| TV | |

| Mikrovalna pećnica (indukcijska, mikrovalna) | | |

3.4 Osobna računala.

Primarni izvor štetnih učinaka na zdravlje korisnika računala je uređaj za prikaz monitora (VOD). U većini modernih monitora, CBO je katodna cijev. Tablica navodi glavne utjecaje SVR-a na zdravlje:

| Ergonomski | Čimbenici utjecaja elektromagnetskih | |

| |poljska katodna cijev | |

| Značajno smanjenje kontrasta | Elektromagnetsko polje u frekvenciji | |

| reproducirana slika u uvjetima | raspon MHz. |

| vanjsko osvjetljenje ekrana s izravnim snopovima | | |

| svjetlo. | | |

|Odraz u ogledalu zrake svjetlosti iz | Elektrostatički naboj na površini |

| Crtani lik | Ultraljubičasto zračenje (raspon |

| reprodukcija slike | valne duljine nm). |

| (visokofrekventno kontinuirano ažuriranje | |

| Diskretna priroda slike | Infracrveno i rendgensko |

| (podjela na točke). | ionizirajuće zračenje. |

Ubuduće ćemo kao glavne čimbenike utjecaja SVR-a na zdravlje razmatrati samo čimbenike utjecaja elektromagnetskog polja katodne cijevi.

Osim monitora i sistemske jedinice, osobno računalo može uključivati i veliki broj drugih uređaja (kao što su pisači, skeneri, mrežni filtri itd.). Svi ovi uređaji rade uz pomoć električne struje, što znači da su izvori elektromagnetskog polja. Sljedeća tablica prikazuje elektromagnetsko okruženje u blizini računala (doprinos monitora nije uzet u obzir u ovoj tablici, kao što je ranije spomenuto):

| Izvor | Generirani raspon frekvencija | |

| | elektromagnetsko polje | |

| Sklop jedinice sustava. | |. |

| Ulazno-izlazni uređaji (pisači, | Hz. |

| skeneri, pogoni itd.). | |

| Neprekidni izvori napajanja, |. |

| mrežni filtri i stabilizatori. | | |

Elektromagnetsko polje osobnih računala ima najsloženiji valni i spektralni sastav i teško ga je mjeriti i kvantificirati. Ima magnetske, elektrostatičke i komponente zračenja (konkretno, elektrostatički potencijal osobe koja sjedi ispred monitora može biti u rasponu od -3 do +5 V). S obzirom na činjenicu da se osobna računala danas aktivno koriste u svim granama ljudske djelatnosti, njihov utjecaj na ljudsko zdravlje podložan je pomnom proučavanju i kontroli.

3.5 Televizijske i radio odašiljačke postaje.

Trenutno se na teritoriju Rusije nalazi značajan broj radiodifuznih postaja i centara različite pripadnosti.

Odašiljačke postaje i centri smješteni su u zonama posebno određenim za njih i mogu zauzimati prilično velika područja (do 1000 ha). Po svojoj strukturi uključuju jednu ili više tehničkih zgrada u kojima su smješteni radio odašiljači i antenska polja na kojima je smješteno do nekoliko desetaka antensko-fiderskih sustava (AFS). Svaki sustav uključuje antenu koja zrači i dovodnu liniju koja dovodi emitirani signal.

Elektromagnetsko polje koje emitiraju antene radiodifuznih centara ima složen spektralni sastav i individualnu raspodjelu jakosti ovisno o konfiguraciji antena, terenu i arhitekturi susjednih zgrada. Neki prosječni podaci za različite vrste radiodifuznih centara prikazani su u tablici:

| | polje, V / m. | A / m. | |

| DV - radio | 630 | 1.2 | Najveća napetost |

| kHz, | | | udaljenosti manje od 1 duljine | |

|500 kW). | | | |

|200 kW). | | | |

| HF - radio | 44 | 0,12 | Odašiljači mogu biti | |

|MHz, | | | Gusto građeno | |

|100 kW). | | | |

| MHz, | | | razina zgrade. | |

3.6 Satelitska i mobilna komunikacija.

3.6.1 Satelitske komunikacije.

Satelitski komunikacijski sustavi sastoje se od odašiljačke stanice na Zemlji i putnika – repetitora u orbiti. Odašiljačke satelitske komunikacijske postaje emitiraju usko usmjerenu valnu zraku, čija gustoća toka energije doseže stotine W/m. Satelitski komunikacijski sustavi stvaraju veliku jakost elektromagnetskog polja na znatnim udaljenostima od antena. Na primjer, stanica snage 225 kW, koja radi na frekvenciji od 2,38 GHz, stvara gustoću toka energije od 2,8 W/m2 na udaljenosti od 100 km. Raspršenje energije u odnosu na glavni snop je vrlo malo i događa se najviše u području izravnog postavljanja antene.

3.6.2 Mobilna komunikacija.

Stanična radiotelefonija danas je jedan od najintenzivnije razvijajućih telekomunikacijskih sustava. Glavni elementi sustava mobilne komunikacije su bazne stanice i mobilni radiotelefoni. Bazne stanice održavaju radio komunikaciju s mobilnim uređajima, zbog čega su izvori elektromagnetskog polja. Sustav koristi princip podjele područja pokrivanja u zone, odnosno tzv. "ćelije", polumjera od km. Sljedeća tablica prikazuje glavne karakteristike mobilnih komunikacijskih sustava koji rade u Rusiji:

| | | | | uto | km. |

|NMT450. | |

| Analogno. |5] |5] | | | |

|POJAČALA. |||100 |0,6 | |

|VLAŽE (IS – |||50 |0,2 | |

|136). | | | | | |

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

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

|GSM - 1800. | |

|Digitalno. |0] |5] | | | |

Intenzitet zračenja bazne stanice određen je opterećenjem, odnosno prisutnošću vlasnika mobitela u zoni usluge pojedine bazne stanice i njihovom željom da koriste telefon za razgovor, što je pak temeljno ovisi o dobu dana, lokaciji postaje, danu u tjednu i drugim čimbenicima. Noću je učitavanje postaja gotovo nula. Intenzitet zračenja mobilnih uređaja uvelike ovisi o stanju komunikacijskog kanala "mobilni radiotelefon - bazna stanica" (što je veća udaljenost od bazne stanice, to je veći intenzitet zračenja uređaja).

3.7 Električni transport.

Električni promet (trolejbusi, tramvaji, metro vlakovi, itd.) snažan je izvor elektromagnetskog polja u frekvencijskom području Hz. Pritom u velikoj većini slučajeva vučni elektromotor djeluje kao glavni emiter (kod trolejbusa i tramvaja zračni kolektori konkuriraju elektromotoru po jakosti zračenog električnog polja). U tablici su prikazani podaci o izmjerenoj vrijednosti magnetske indukcije za neke vrste električnog transporta:

| Način prijevoza i rod | Prosječna vrijednost | Maksimalna vrijednost |

| Prigradski vlakovi. | 20 | 75 |

| Električni transport s | 29 | 110 |

| istosmjerni pogon | | |

| (električni automobili, itd.). | | |

3.8 Radarske instalacije.

Radar i radarske instalacije obično imaju reflektorske antene ("tanjure") i emitiraju usko usmjereni radijski snop.

Periodično pomicanje antene u prostoru dovodi do prostornog diskontinuiteta zračenja. Postoji i privremeni prekid zračenja zbog cikličkog rada radara za zračenje. Rade na frekvencijama od 500 MHz do 15 GHz, ali neke posebne instalacije mogu raditi na frekvencijama do 100 GHz ili više. Zbog posebne prirode zračenja mogu na tlu stvoriti zone s visokom gustoćom toka energije (100 W/m2 ili više).

4. Utjecaj elektromagnetskog polja na zdravlje pojedinca.

Ljudsko tijelo uvijek reagira na vanjsko elektromagnetsko polje. Zbog različitog sastava valova i drugih čimbenika, elektromagnetsko polje različitih izvora utječe na ljudsko zdravlje na različite načine. Stoga će se u ovom odjeljku zasebno razmatrati utjecaj različitih izvora na zdravlje. Međutim, polje umjetnih izvora, koje je oštro u suprotnosti s prirodnom elektromagnetskom pozadinom, u gotovo svim slučajevima negativno utječe na zdravlje ljudi u zoni njegovog utjecaja.

Opsežna istraživanja utjecaja elektromagnetskih polja na zdravlje započela su u našoj zemlji 60-ih godina prošlog stoljeća. Utvrđeno je da je ljudski živčani sustav osjetljiv na elektromagnetske učinke, te da polje ima tzv. informacijski učinak kada je osoba izložena intenzitetima ispod granične vrijednosti toplinskog učinka (vrijednost jakosti polja pri kojoj njegov toplinski učinak počinje se očitovati).

U sljedećoj tablici navedene su najčešće pritužbe na pogoršanje zdravlja ljudi koji su u zoni utjecaja polja različitih izvora. Redoslijed i numeriranje izvora u tablici odgovara njihovom redoslijedu i numeriranju usvojenom u Odjeljku 3:

| Izvor | Najčešće pritužbe. |

| elektromagnetski | |

|1. Linije | Kratkotrajna izloženost (reda nekoliko minuta) može |

| Električni vodovi (dalekovodi). | | dovesti do negativne reakcije samo kod posebno osjetljivih | |

| | ljudi ili pacijenata s određenim vrstama alergija | |

| | razne patologije kardiovaskularnog i živčanog sustava | |

| | (zbog neravnoteže podsustava živčane regulacije). Kada |

| | ultraduga (oko 10-20 godina) kontinuirana izloženost | |

| | možda (prema neprovjerenim podacima) razvoj nekog | |

| | onkološke bolesti | |

|2. Interno | Do danas podaci o pritužbama na pogoršanje | |

| električno ožičenje zgrada | zdravlje, izravno povezano s radom internih | |