elektromagnetska polja. Elektromagnetsko polje
Elektromagnetsko polje, poseban oblik materije. Kroz elektromagnetsko polje dolazi do interakcije između nabijenih čestica.
Ponašanje elektromagnetskog polja proučava klasična elektrodinamika. Elektromagnetsko polje opisuje se Maxwellovim jednadžbama koje povezuju veličine koje karakteriziraju polje s njegovim izvorima, odnosno s nabojima i strujama raspoređenim u prostoru. Elektromagnetsko polje nepokretnih ili jednoliko gibajućih nabijenih čestica neraskidivo je povezano s tim česticama; kako se čestice brže gibaju, elektromagnetsko polje se od njih "odvaja" i samostalno postoji u obliku elektromagnetskih valova.
Iz Maxwellovih jednadžbi proizlazi da izmjenično električno polje stvara magnetsko polje, a izmjenično magnetsko polje stvara električno, pa elektromagnetsko polje može postojati i u odsutnosti naboja. Generiranje elektromagnetskog polja izmjeničnim magnetskim poljem i magnetskog polja izmjeničnim električnim dovodi do toga da električno i magnetsko polje ne postoje odvojeno, neovisno jedno o drugom. Dakle, elektromagnetsko polje je vrsta materije, određena u svim točkama dvjema vektorskim veličinama koje karakteriziraju njegove dvije komponente - "električno polje" i "magnetsko polje", a koja djeluje silom na nabijene čestice, ovisno o njihovoj brzini i veličini od njihove naplate.
Elektromagnetsko polje u vakuumu, odnosno u slobodnom stanju, nepovezano s česticama materije, postoji u obliku elektromagnetskih valova, a širi se u vakuumu u odsutnosti vrlo jakih gravitacijskih polja brzinom jednakom brzini svjetla c= 2,998. 10 8 m/s. Takvo polje karakterizira jakost električnog polja E i indukcija magnetskog polja U. Za opisivanje elektromagnetskog polja u sredstvu koriste se i veličine električne indukcije D i jakosti magnetskog polja H. U materiji, kao iu prisutnosti vrlo jakih gravitacijskih polja, odnosno u blizini vrlo velikih masa tvari, brzina širenja elektromagnetskog polja manja je od vrijednosti c.
Komponente vektora koji karakteriziraju elektromagnetsko polje tvore, prema teoriji relativnosti, jednu fizikalnu veličinu - tenzor elektromagnetskog polja, čije se komponente transformiraju kada se kreću iz jednog inercijalnog referentnog okvira u drugi u skladu s Lorentzovim transformacijama. .
Elektromagnetsko polje ima energiju i zamah. Postojanje impulsa elektromagnetskog polja prvi put je eksperimentalno otkriveno u pokusima P. N. Lebedeva na mjerenju tlaka svjetlosti 1899. godine. Elektromagnetsko polje uvijek ima energiju. Gustoća energije elektromagnetskog polja = 1/2 (ED+HH).
Elektromagnetsko polje se širi u prostoru. Gustoća toka energije elektromagnetskog polja određena je Poyntingovim vektorom S=, jedinica W/m 2 . Smjer Poyntingovog vektora je okomit E I H a poklapa se sa smjerom širenja elektromagnetske energije. Njegova vrijednost jednaka je energiji prenesenoj kroz jedinicu površine okomito na S po jedinici vremena. Gustoća impulsa polja u vakuumu K \u003d S / s 2 \u003d / s 2.
Na visokim frekvencijama elektromagnetskog polja njegova kvantna svojstva postaju značajna te se elektromagnetsko polje može smatrati fluksom kvanta polja – fotona. U ovom slučaju opisuje se elektromagnetsko polje
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 vidljivo svjetlo i primati slike zagrijanih predmeta u potpunom mraku.
DO vidljivo svjetlo odnosi se na zračenje valne duljine od približno 770 nm do 380 nm, od crvene do ljubičasta. 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.
Detalji Kategorija: Elektricitet i magnetizam Objavljeno 6.5.2015 20:46 Pregleda: 11962Promjenjiva električna i magnetska polja pod određenim uvjetima mogu izazvati jedno drugo. Oni tvore elektromagnetsko polje, koje uopće nije njihova ukupnost. To je jedinstvena cjelina u kojoj ova dva polja ne mogu jedno bez drugog.
Iz povijesti
Pokus danskog znanstvenika Hansa Christiana Oersteda, proveden 1821. godine, pokazao je da električna struja stvara magnetsko polje. Zauzvrat, promjenjivo magnetsko polje može generirati električnu struju. To je dokazao engleski fizičar Michael Faraday koji je 1831. godine otkrio fenomen elektromagnetske indukcije. Također je autor pojma "elektromagnetsko polje".
U to je vrijeme u fizici prihvaćen Newtonov koncept djelovanja na velike udaljenosti. Vjerovalo se da sva tijela djeluju jedno na drugo kroz prazninu beskonačno velikom brzinom (gotovo trenutno) i na bilo kojoj udaljenosti. Pretpostavljalo se da električni naboji međusobno djeluju na sličan način. Faraday je, s druge strane, smatrao da praznina ne postoji u prirodi, te da se interakcija odvija konačnom brzinom kroz određeni materijalni medij. Ovaj medij za električne naboje je elektromagnetsko polje. I širi se brzinom jednakom brzini svjetlosti.
Maxwellova teorija
Kombinirajući rezultate prethodnih studija, engleski fizičar James Clerk Maxwell 1864. stvorio teorija elektromagnetskog polja. Prema njemu, promjenjivo magnetsko polje stvara promjenjivo električno polje, a izmjenično električno polje stvara izmjenično magnetsko polje. Naravno, prvo jedno od polja stvara izvor naboja ili struje. Ali u budućnosti ta polja već mogu postojati neovisno o takvim izvorima, uzrokujući pojavu jedna druge. To je, električno i magnetsko polje komponente su jednog elektromagnetskog polja. I svaka promjena u jednom od njih uzrokuje pojavu drugog. Ova hipoteza čini osnovu Maxwellove teorije. Električno polje koje stvara magnetsko polje je vrtložno. Njegove linije sile su zatvorene.
Ova teorija je fenomenološka. To znači da se temelji na pretpostavkama i opažanjima, a ne razmatra uzrok koji uzrokuje pojavu električnog i magnetskog polja.
Svojstva elektromagnetskog polja
Elektromagnetsko polje je kombinacija električnog i magnetskog polja, stoga se u svakoj točki svog prostora opisuje s dvije glavne veličine: jakost električnog polja E i indukcija magnetskog polja U .
Budući da je elektromagnetsko polje proces transformacije električnog polja u magnetsko polje, a zatim magnetskog polja u električno, njegovo stanje se stalno mijenja. Šireći se u prostoru i vremenu stvara elektromagnetske valove. Ovisno o frekvenciji i duljini ovi se valovi dijele na radiovalovi, teraherc zračenje, infracrveno zračenje, vidljiva svjetlost, ultraljubičasto zračenje, x-zrake i gama zračenje.
Vektori intenziteta i indukcije elektromagnetskog polja međusobno su okomiti, a ravnina u kojoj leže okomita je na smjer širenja valova.
U teoriji dugodometnog djelovanja smatralo se da je brzina širenja elektromagnetskih valova beskonačno velika. Međutim, Maxwell je dokazao da to nije tako. U tvari se elektromagnetski valovi šire konačnom brzinom, koja ovisi o dielektričnoj i magnetskoj propusnosti tvari. Stoga se Maxwellova teorija naziva teorijom kratkog dometa.
Maxwellovu teoriju 1888. eksperimentalno je potvrdio njemački fizičar Heinrich Rudolf Hertz. Dokazao je postojanje elektromagnetskih valova. Štoviše, izmjerio je brzinu širenja elektromagnetskih valova u vakuumu, za koju se pokazalo da je jednaka brzini svjetlosti.
U integralnom obliku ovaj zakon izgleda ovako:
Gaussov zakon za magnetsko polje
Tok magnetske indukcije kroz zatvorenu površinu jednak je nuli.
Fizičko značenje ovog zakona je da u prirodi nema magnetskih naboja. Polovi magneta ne mogu se odvojiti. Linije sile magnetskog polja su zatvorene.
Faradayev zakon indukcije
Promjena magnetske indukcije uzrokuje pojavu vrtložnog električnog polja.
,
Teorem o cirkulaciji magnetskog polja
Ovaj teorem opisuje izvore magnetskog polja, kao i sama polja koja oni stvaraju.
Električna struja i promjena električne indukcije stvaraju vrtložno magnetsko polje.
,
,
E je jakost električnog polja;
H je jakost magnetskog polja;
U- magnetska indukcija. Ovo je vektorska veličina koja pokazuje koliko jako magnetsko polje djeluje na naboj q koji se kreće brzinom v;
D- električna indukcija ili električni pomak. To je vektorska veličina jednaka zbroju vektora intenziteta i vektora polarizacije. Polarizacija je uzrokovana pomakom električnih naboja pod djelovanjem vanjskog električnog polja u odnosu na njihov položaj kada takvog polja nema.
Δ je operater Nabla. Djelovanje ovog operatora na određeno polje naziva se rotor tog polja.
Δ x E = rot E
ρ - gustoća vanjskog električnog naboja;
j- gustoća struje - vrijednost koja pokazuje jakost struje koja teče kroz jedinicu površine;
S je brzina svjetlosti u vakuumu.
Znanost koja proučava elektromagnetsko polje zove se elektrodinamika. Ona razmatra njegovu interakciju s tijelima koja imaju električni naboj. Takva interakcija naziva se elektromagnetski. Klasična elektrodinamika opisuje samo kontinuirana svojstva elektromagnetskog polja pomoću Maxwellovih jednadžbi. Moderna kvantna elektrodinamika smatra da elektromagnetsko polje ima i diskretna (diskontinuirana) svojstva. A takva elektromagnetska interakcija događa se uz pomoć nedjeljivih čestica-kvanta koji nemaju masu i naboj. Kvant elektromagnetskog polja naziva se foton .
Elektromagnetsko polje oko nas
Oko svakog vodiča s izmjeničnom strujom formira se elektromagnetsko polje. Izvori elektromagnetskog polja su dalekovodi, elektromotori, transformatori, gradski električni promet, željeznički promet, električni i elektronički kućanski uređaji - televizori, računala, hladnjaci, glačala, usisavači, bežični telefoni, mobiteli, električni aparati za brijanje - jednom riječju , sve vezano uz potrošnju ili prijenos električne energije. Snažni izvori elektromagnetskih polja su televizijski odašiljači, antene mobilnih telefonskih stanica, radarske stanice, mikrovalne pećnice itd. A budući da je takvih uređaja jako puno oko nas, elektromagnetska polja okružuju nas posvuda. Ova polja utječu okoliš i osoba. Ne može se reći da je taj utjecaj uvijek negativan. Električna i magnetska polja već dugo postoje oko čovjeka, ali je snaga njihovog zračenja prije nekoliko desetljeća bila stotinama puta manja nego danas.
Do određene razine, elektromagnetsko zračenje može biti sigurno za ljude. Dakle, u medicini, uz pomoć elektromagnetskog zračenja niskog intenziteta, tkiva se cijele, uklanjaju upalne procese i djeluju analgetski. UHF uređaji ublažavaju grčeve glatkih mišića crijeva i želuca, poboljšavaju metaboličke procese u stanicama tijela, smanjuju tonus kapilara i snižavaju krvni tlak.
Ali jaka elektromagnetska polja uzrokuju smetnje u radu kardiovaskularnog, imunološkog, endokrinog i živčani sustavi osoba može uzrokovati nesanicu, glavobolje, stres. Opasnost je u tome što je njihov utjecaj ljudima gotovo neprimjetan, a kršenja se javljaju postupno.
Kako se možemo zaštititi od elektromagnetskog zračenja oko nas? Nemoguće je to učiniti u potpunosti, pa morate pokušati minimizirati njegov utjecaj. Prije svega, morate urediti kućanske aparate na takav način da budu udaljeni od onih mjesta gdje smo najčešće. Na primjer, nemojte sjediti preblizu televizoru. Uostalom, što je udaljenost od izvora elektromagnetskog polja veća, ono postaje slabije. Vrlo često ostavljamo uređaj uključen u struju. Ali elektromagnetsko polje nestaje tek kada je uređaj isključen iz mreže.
Na zdravlje čovjeka utječu i prirodna elektromagnetska polja – kozmičko zračenje, Zemljino magnetsko 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.
Naučeno na tečaju teorijske osnove elektrotehnike, glavna svojstva i metode za izračunavanje EMF-a 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 sastaviti MATLAB funkciju koja izračunava vektor dipolnog magnetskog momenta kruga. 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 bezdimenzionalna, tada u ovaj primjer dogodilo se:
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 teoremVolumetrijska 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.
Uputa
Uzmite dvije baterije i povežite ih električnom trakom. Spojite baterije tako da su im krajevi različiti, odnosno da plus bude nasuprot minusa i obrnuto. Pomoću spajalica za papir pričvrstite žicu na kraj svake baterije. Zatim stavite jednu od spajalica na vrh baterija. Ako spajalica ne dosegne sredinu svake od njih, možda ćete je morati izravnati na željenu duljinu. Osigurajte dizajn trakom. Uvjerite se da su krajevi žica slobodni i da rubovi spajalice za papir dosežu središte svake baterije. Spojite baterije odozgo, učinite isto s druge strane.
Uzmi bakrenu žicu. Ostavite oko 15 centimetara žice ravno, a zatim je počnite omotati oko stakla. Napravite oko 10 okreta. Ostavite ravno još 15 centimetara. Spojite jednu od žica iz napajanja na jedan od slobodnih krajeva rezultirajuće bakrene zavojnice. Provjerite jesu li žice dobro povezane jedna s drugom. Kada je spojen, krug daje magnetski polje. Spojite drugu žicu napajanja na bakrenu žicu.
Pritom, kada struja teče kroz zavojnicu, smještena unutra bit će magnetizirana. Spajalice će se zalijepiti, pa će se dijelovi žlice ili vilice, odvijača magnetizirati i privlačiti druge metalne predmete dok struja prolazi kroz zavojnicu.
Bilješka
Zavojnica može biti vruća. Pazite da u blizini nema zapaljivih tvari i pazite da ne opečete kožu.
Metal koji se najlakše magnetizira je željezo. Ne birajte aluminij ili bakar kada provjeravate polje.
Da biste stvorili elektromagnetsko polje, morate natjerati njegov izvor da zrači. Istodobno, mora proizvesti kombinaciju dvaju polja, električnog i magnetskog, koja se mogu širiti u prostoru stvarajući jedno drugo. Elektromagnetsko polje se može širiti prostorom u obliku elektromagnetskog vala.
Trebat će vam
- - izolirana žica;
- - noktiju;
- - dva vodiča;
- - Ruhmkorffova zavojnica.
Uputa
Uzmite izoliranu žicu s malim otporom, bakar je najbolji. Namotajte ga na čeličnu jezgru, običan čavao duljine 100 mm (tkanje) će učiniti. Spojite žicu na izvor napajanja, obična baterija će učiniti. Bit će električna polje, koji u njemu stvara električnu struju.
Usmjereno kretanje nabijenog (električne struje) zauzvrat će generirati magnetski polje, koji će biti koncentriran u čeličnoj jezgri, oko koje je omotana žica. Jezgra se okreće i k sebi je privlače feromagneti (nikl, kobalt itd.). Dobivena polje može se nazvati elektromagnetskim, jer električni polje magnetski.
Da bi se dobilo klasično elektromagnetsko polje, potrebno je da su i električno i magnetsko polje mijenjao s vremenom, zatim elektriku polje generira magnetski i obrnuto. Za to je potrebno da se pokretni naboji ubrzaju. Najlakši način da to učinite je da ih natjerate da osciliraju. Stoga je za dobivanje elektromagnetskog polja dovoljno uzeti vodič i uključiti ga u normalnu kućnu mrežu. No bit će toliko malen da ga neće biti moguće izmjeriti instrumentima.
Da biste dobili dovoljno snažno magnetsko polje, napravite Hertzov vibrator. Da biste to učinili, uzmite dva ravna identična vodiča, pričvrstite ih tako da razmak između njih bude 7 mm. To će biti otvoreni oscilatorni krug, s malim električnim kapacitetom. Spojite svaki od vodiča na Ruhmkorff stezaljke (omogućuje vam primanje impulsa visoki napon). Priložite shemu na baterija. Pražnjenja će započeti u iskrištu između vodiča, a sam vibrator će postati izvor elektromagnetskog polja.
Povezani Videi
Uvođenje novih tehnologija i široka uporaba električne energije doveli su do pojave umjetnih elektromagnetskih polja koja najčešće imaju štetan učinak na čovjeka i okoliš. Ova fizička polja nastaju tamo gdje postoje pokretni naboji.
Priroda elektromagnetskog polja
Elektromagnetsko polje je posebna vrsta materija. Nastaje oko vodiča duž kojih se kreću električni naboji. Polje sile sastoji se od dva neovisna polja - magnetskog i električnog, koja ne mogu postojati izolirana jedno od drugog. Električno polje, kada nastaje i mijenja se, uvijek stvara magnetsko polje.
Jedna od prvih vrsta varijabilnih polja u sredinom devetnaestog stoljeća počeo istraživati James Maxwell, kojemu pripadaju zasluge za stvaranje teorije elektromagnetskog polja. Znanstvenik je pokazao da električni naboji koji se kreću ubrzano stvaraju električno polje. Njegovom promjenom stvara se polje magnetskih sila.
Izvor izmjeničnog magnetskog polja može biti magnet, ako ga pokrenete, kao i električni naboj koji oscilira ili se giba ubrzano. Ako se naboj giba konstantnom brzinom, tada kroz vodič teče konstantna struja koju karakterizira konstantno magnetsko polje. Šireći se u prostoru, elektromagnetsko polje nosi energiju, koja ovisi o veličini struje u vodiču i frekvenciji emitiranih valova.
Utjecaj elektromagnetskog polja na osobu
Razina svih elektromagnetskih zračenja koja stvaraju tehnički sustavi koje je dizajnirao čovjek višestruko je veća od prirodnog zračenja planeta. To je toplinski učinak, koji može dovesti do pregrijavanja tjelesnih tkiva i nepovratnih posljedica. Na primjer, dugotrajna uporaba mobitel, koji je izvor zračenja, može dovesti do povećanja temperature mozga i očne leće.
Elektromagnetska polja koja nastaju korištenjem kućanskih aparata mogu uzrokovati maligne neoplazme. Posebno se to odnosi na dječje tijelo. Dugotrajna prisutnost osobe u blizini izvora elektromagnetskih valova smanjuje učinkovitost imunološkog sustava, dovodi do bolesti srca i krvnih žila.
Naravno, nemoguće je potpuno napustiti korištenje tehničkih sredstava koja su izvor elektromagnetskog polja. Ali možete primijeniti najjednostavnije preventivne mjere, na primjer, koristite telefon samo sa slušalicama, ne ostavljajte kabele uređaja u električnim utičnicama nakon korištenja opreme. U svakodnevnom životu preporuča se korištenje produžnih kabela i kabela sa zaštitnim oklopom.
