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Enciclopedia scolastica. Campo elettromagnetico

Shmelev VE, Sbitnev SA

"FONDAMENTI TEORICI DELL'INGEGNERIA ELETTRICA"

"TEORIA DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO"

Capitolo 1. Concetti di base della teoria dei campi elettromagnetici

§ 1.1. Determinazione del campo elettromagnetico e delle sue grandezze fisiche.
Apparato matematico della teoria del campo elettromagnetico

campo elettromagnetico(EMF) è un tipo di materia che ha un effetto di forza sulle particelle cariche ed è determinata in tutti i punti da due coppie di quantità vettoriali che caratterizzano i suoi due lati: campi elettrici e magnetici.

Campo elettrico- questo è un componente dell'EMF, che è caratterizzato dall'impatto su una particella elettricamente carica con una forza proporzionale alla carica della particella e indipendente dalla sua velocità.

Un campo magnetico- questo è un componente dell'EMF, che è caratterizzato dall'impatto su una particella in movimento con una forza proporzionale alla carica della particella e alla sua velocità.

Le proprietà e i metodi di base per il calcolo dei campi elettromagnetici studiati nel corso sui fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica comportano uno studio qualitativo e quantitativo dei campi elettromagnetici presenti nei dispositivi elettrici, radioelettronici e biomedici. Per questo, le equazioni dell'elettrodinamica in forma integrale e differenziale sono le più adatte.

L'apparato matematico della teoria del campo elettromagnetico (TEMF) si basa sulla teoria del campo scalare, sull'analisi vettoriale e tensoriale, nonché sul calcolo differenziale e integrale.

Domande di controllo

1. Cos'è un campo elettromagnetico?

2. Cosa si chiama campo elettrico e magnetico?

3. Qual è la base dell'apparato matematico della teoria del campo elettromagnetico?

§ 1.2. Grandezze fisiche che caratterizzano l'EMF

Vettore di intensità del campo elettrico al punto Qè chiamato il vettore della forza che agisce su una particella stazionaria elettricamente carica posta in un punto Q se questa particella ha una carica unitaria positiva.

Secondo questa definizione, la forza elettrica che agisce su una carica puntiforme Qè uguale a:

Dove E misurato in V/m.

Il campo magnetico è caratterizzato vettore di induzione magnetica. Induzione magnetica in qualche punto di osservazione Qè una quantità vettoriale il cui modulo è uguale alla forza magnetica che agisce su una particella carica situata in un punto Q, che ha una carica unitaria e si muove con una velocità unitaria, e i vettori di forza, velocità, induzione magnetica e anche la carica della particella soddisfano la condizione

La forza magnetica che agisce su un conduttore curvilineo con corrente può essere determinata dalla formula

Su un conduttore rettilineo, se si trova in un campo uniforme, agisce la seguente forza magnetica

In tutte le ultime formule B - induzione magnetica, che si misura in tesla (Tl).

1 T è una tale induzione magnetica alla quale una forza magnetica pari a 1N agisce su un conduttore rettilineo con una corrente di 1A se le linee di induzione magnetica sono dirette perpendicolarmente al conduttore con corrente e se la lunghezza del conduttore è 1 m .

Oltre all'intensità del campo elettrico e all'induzione magnetica, nella teoria del campo elettromagnetico vengono considerate le seguenti grandezze vettoriali:

1) induzione elettrica D (spostamento elettrico), che si misura in C / m 2,

I vettori EMF sono funzioni di spazio e tempo:

Dove Q- punto di osservazione, T- momento del tempo.

Se il punto di osservazione Qè nel vuoto, allora valgono le seguenti relazioni tra le corrispondenti coppie di grandezze vettoriali

dove è la permittività assoluta del vuoto (costante elettrica di base), = 8,85419 * 10 -12;

Permeabilità magnetica assoluta del vuoto (costante magnetica di base); \u003d 4π * 10 -7.

Domande di controllo

1. Qual è l'intensità del campo elettrico?

2. Cosa si chiama induzione magnetica?

3. Qual è la forza magnetica che agisce su una particella carica in movimento?

4. Qual è la forza magnetica che agisce su un conduttore con corrente?

5. Quali grandezze vettoriali caratterizzano il campo elettrico?

6. Quali grandezze vettoriali caratterizzano il campo magnetico?

§ 1.3. Sorgenti di campo elettromagnetico

Le fonti di campi elettromagnetici sono cariche elettriche, dipoli elettrici, cariche elettriche in movimento, correnti elettriche, dipoli magnetici.

I concetti di carica elettrica e corrente elettrica sono dati nel corso di fisica. Le correnti elettriche sono di tre tipi:

1. Correnti di conduzione.

2. Correnti di spostamento.

3. Correnti di trasferimento.

Corrente di conduzione- la velocità di passaggio delle cariche mobili di un corpo elettricamente conduttivo attraverso una certa superficie.

Corrente di polarizzazione- la velocità di variazione del flusso del vettore di spostamento elettrico attraverso una determinata superficie.

Corrente di trasferimento caratterizzato dalla seguente espressione

Dove v - la velocità di trasferimento dei corpi attraverso la superficie S; N - vettore dell'unità normale alla superficie; - densità di carica lineare dei corpi che volano attraverso la superficie nella direzione della normale; ρ è la densità volumetrica della carica elettrica; P v - trasferire la densità di corrente.

dipolo elettrico si chiama coppia di cariche puntiformi + Q E - Q situato a distanza l l'uno dall'altro (Fig. 1).

Un dipolo elettrico puntiforme è caratterizzato dal vettore momento di dipolo elettrico:

dipolo magnetico chiamato un circuito piatto con corrente elettrica IO. Il dipolo magnetico è caratterizzato dal vettore momento di dipolo magnetico

Dove S è il vettore area della superficie piana tesa sul circuito con la corrente. Vettore S diretto perpendicolarmente a questa superficie piana, inoltre, se visto dall'estremità del vettore S , quindi il movimento lungo il contorno nella direzione coincidente con la direzione della corrente avverrà in senso antiorario. Ciò significa che la direzione del vettore del momento magnetico del dipolo è correlata alla direzione della corrente secondo la regola della vite destra.

Gli atomi e le molecole della materia sono dipoli elettrici e magnetici, quindi ogni punto del tipo reale nell'EMF può essere caratterizzato dalla densità apparente del momento di dipolo elettrico e magnetico:

P - polarizzazione elettrica della sostanza:

M - la magnetizzazione della sostanza:

Polarizzazione elettrica della materiaè una quantità vettoriale uguale alla densità apparente del momento di dipolo elettrico in un punto qualsiasi di un corpo reale.

Magnetizzazione della materiaè una quantità vettoriale uguale alla densità apparente del momento di dipolo magnetico in un punto qualsiasi di un corpo reale.

spostamento elettrico- questa è una quantità vettoriale, che per qualsiasi punto di osservazione, indipendentemente dal fatto che sia nel vuoto o in una sostanza, è determinata dalla relazione:

(per vuoto o materia),

(solo per vuoto).

Intensità del campo magnetico- una grandezza vettoriale, che per qualsiasi punto di osservazione, indipendentemente dal fatto che sia nel vuoto o in una sostanza, è determinata dalla relazione:

dove l'intensità del campo magnetico è misurata in A/m.

Oltre alla polarizzazione e alla magnetizzazione, esistono altre fonti di campi elettromagnetici distribuiti in volume:

- densità di carica elettrica di massa ; ,

dove la densità volumetrica della carica elettrica è misurata in C/m 3 ;

- vettore densità di corrente elettrica, la cui componente normale è uguale a

In un caso più generale, la corrente che scorre attraverso una superficie aperta S, è uguale al flusso del vettore densità di corrente attraverso questa superficie:

dove il vettore densità di corrente elettrica è misurato in A/m 2 .

Domande di controllo

1. Quali sono le sorgenti del campo elettromagnetico?

2. Cos'è la corrente di conduzione?

3. Cos'è la corrente di polarizzazione?

4. Cos'è la corrente di trasferimento?

5. Cos'è un dipolo elettrico e un momento di dipolo elettrico?

6. Cos'è un dipolo magnetico e un momento di dipolo magnetico?

7. Cosa si chiama polarizzazione elettrica e magnetizzazione di una sostanza?

8. Cosa si chiama spostamento elettrico?

9. Qual è la cosiddetta forza del campo magnetico?

10. Qual è la densità di carica elettrica volumetrica e la densità di corrente?

Esempio di applicazione MATLAB

Compito.

Dato: Circuito con corrente elettrica IO nello spazio è il perimetro di un triangolo, le cui coordinate cartesiane dei vertici sono date: X 1 , X 2 , X 3 , si 1 , si 2 , si 3 , z.z 1 , z.z 2 , z.z 3 . Qui i pedici sono i numeri dei vertici. I vertici sono numerati nella direzione del flusso di corrente elettrica.

Necessario comporre una funzione MATLAB che calcoli il vettore momento magnetico dipolo del circuito. Quando si compila il file m, si può presumere che le coordinate spaziali siano misurate in metri e la corrente sia misurata in ampere. È consentita un'organizzazione arbitraria dei parametri di input e output.

Soluzione

% m_dip_moment - calcolo del momento di dipolo magnetico di un circuito triangolare con corrente nello spazio

%pm = m_dip_moment(tok,nodi)

% PARAMETRI DI INGRESSO

% corrente - corrente nel circuito;

% nodi - una matrice quadrata della forma ." , ciascuna riga della quale contiene le coordinate del vertice corrispondente.

% PARAMETRO DI USCITA

% pm è una matrice riga delle componenti cartesiane del vettore momento di dipolo magnetico.

funzione pm = m_dip_moment(tok,nodes);

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

% Nell'ultima istruzione, il vettore area del triangolo viene moltiplicato per la corrente

>> nodi=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,nodi)

13.442 20.637 -2.9692

IN questo caso accaduto P M = (13,442* 1 X + 20.637*1 si - 2.9692*1 z.z) A * m 2 se la corrente nel circuito è 1 A.

§ 1.4. Operatori differenziali spaziali nella teoria dei campi elettromagnetici

Pendenza campo scalare Φ( Q) = Φ( x, y, z) è chiamato un campo vettoriale definito dalla formula:

Dove v 1 - area contenente il punto Q; S 1 - area di delimitazione della superficie chiusa v 1 , Q 1 - punto appartenente alla superficie S 1 ; δ - la massima distanza dal punto Q a punti sulla superficie S 1 (massimo| QQ 1 |).

Divergenza campo vettoriale F (Q)=F (x, y, z) è detto campo scalare definito dalla formula:

Rotore(vortice) campo vettoriale F (Q)=F (x, y, z) è un campo vettoriale definito dalla formula:

marcire F =

Operatore di Nablaè un operatore differenziale vettoriale, che in coordinate cartesiane è definito dalla formula:

Rappresentiamo grad, div e rot tramite l'operatore nabla:

Scriviamo questi operatori in coordinate cartesiane:

; ;

L'operatore di Laplace in coordinate cartesiane è definito dalla formula:

Operatori differenziali del secondo ordine:

Teoremi integrali

teorema del gradiente ;

Teorema della divergenza

Teorema del rotore

Nella teoria dell'EMF viene utilizzato anche un altro dei teoremi integrali:

Domande di controllo

1. Qual è il cosiddetto gradiente di un campo scalare?

2. Qual è la cosiddetta divergenza di un campo vettoriale?

3. Qual è il cosiddetto rotore di un campo vettoriale?

4. Cos'è l'operatore nabla e come sono espressi gli operatori differenziali di primo ordine in termini di esso?

5. Quali teoremi integrali sono validi per campi scalari e vettoriali?

Esempio di applicazione MATLAB

Compito.

Dato: Nel volume del tetraedro, i campi scalare e vettoriale cambiano secondo una legge lineare. Le coordinate dei vertici del tetraedro sono date da una matrice della forma [ X 1 , si 1 , z.z 1 ; X 2 , si 2 , z.z 2 ; X 3 , si 3 , z.z 3 ; X 4 , si 4 , z.z 4]. I valori del campo scalare ai vertici sono dati dalla matrice [Ф 1 ; Fa 2; Fa 3; F4]. Le componenti cartesiane del campo vettoriale ai vertici sono date dalla matrice [ F 1 X, F 1si, F 1z.z; F 2X, F 2si, F 2z.z; F 3X, F 3si, F 3z.z; F 4X, F 4si, F 4z.z].

Definire nel volume del tetraedro, il gradiente del campo scalare, nonché la divergenza e l'arricciatura del campo vettoriale. Scrivi una funzione MATLAB per questo.

Soluzione. Di seguito è riportato il testo della funzione m.

% grad_div_rot - Calcola gradiente, divergenza e arricciatura... nel volume di un tetraedro

%=grad_div_rot(nodi,scalare,vettore)

% PARAMETRI DI INGRESSO

% nodi - matrice delle coordinate dei vertici del tetraedro:

% linee corrispondono a vertici, colonne - coordinate;

% scalare - matrice colonnare di valori di campo scalare ai vertici;

% vettore - matrice delle componenti del campo vettoriale ai vertici:

% PARAMETRI DI USCITA

% grad - matrice riga delle componenti del gradiente cartesiano del campo scalare;

% div - valore di divergenza del campo vettoriale nel volume del tetraedro;

% rot - matrice riga delle componenti cartesiane del rotore del campo vettoriale.

% Nei calcoli, si presume che nel volume di un tetraedro

% campi vettoriali e scalari variano nello spazio secondo una legge lineare.

funzione =grad_div_rot(nodi,scalare,vettore);

a=inv(); % Matrice dei coefficienti di interpolazione lineare

grad=(a(2:end,:)*scalar)."; % Componenti del gradiente di campo scalare

div=*vettore(:); % Divergenza di un campo vettoriale

rot=sum(cross(a(2:end,:),vector."),2).";

Un esempio di esecuzione della funzione m sviluppata:

>> nodi=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

>> scalare=rand(4,1)

>>vettore=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(nodi,scalare,vettore)

0.16983 -0.03922 -0.17125

0.91808 0.20057 0.78844

Se assumiamo che le coordinate spaziali siano misurate in metri e che i campi vettoriali e scalari siano adimensionali, allora in questo esempio si è scoperto:

grado Ф = (-0,16983* 1 X - 0.03922*1 si - 0.17125*1 z.z) m -1 ;

div F = -1,0112 m -1;

marcire F = (-0.91808*1 X + 0.20057*1 si + 0.78844*1 z.z) m -1 .

§ 1.5. Leggi fondamentali della teoria dei campi elettromagnetici

Equazioni EMF in forma integrale

Legge attuale completa:

Circolazione del vettore dell'intensità del campo magnetico lungo il contorno lè uguale alla corrente elettrica totale che scorre attraverso la superficie S, allungato sul contorno l, se la direzione della corrente forma un sistema destrorso con la direzione di bypass del circuito.

Legge dell'induzione elettromagnetica:

Dove E c è l'intensità del campo elettrico esterno.

EMF di induzione elettromagnetica e e nel circuito l uguale alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie S, allungato sul contorno l, e la direzione della velocità di variazione del flusso magnetico si forma con la direzione e e sistema mancino.

Teorema di Gauss in forma integrale:

Flusso vettore spostamento elettrico attraverso una superficie chiusa Sè uguale alla somma delle cariche elettriche libere nel volume delimitato dalla superficie S.

La legge di continuità delle linee di induzione magnetica:

Il flusso magnetico attraverso qualsiasi superficie chiusa è zero.

L'applicazione diretta delle equazioni in forma integrale consente di calcolare i campi elettromagnetici più semplici. Per calcolare i campi elettromagnetici di una forma più complessa, vengono utilizzate equazioni in forma differenziale. Queste equazioni sono chiamate equazioni di Maxwell.

Equazioni di Maxwell per mezzi stazionari

Queste equazioni derivano direttamente dalle corrispondenti equazioni in forma integrale e dalle definizioni matematiche degli operatori differenziali spaziali.

Legge attuale totale in forma differenziale:

Densità di corrente elettrica totale,

Densità di corrente elettrica esterna,

densità di corrente di conduzione,

Densità di corrente di spostamento: ,

Densità di corrente di trasferimento: .

Ciò significa che la corrente elettrica è una sorgente vorticosa del campo vettoriale dell'intensità del campo magnetico.

La legge dell'induzione elettromagnetica in forma differenziale:

Ciò significa che il campo magnetico alternato è una sorgente di vortice per la distribuzione spaziale del vettore dell'intensità del campo elettrico.

L'equazione di continuità delle linee di induzione magnetica:

Ciò significa che il campo del vettore di induzione magnetica non ha sorgenti, cioè in natura non esistono cariche magnetiche (monopoli magnetici).

Il teorema di Gauss in forma differenziale:

Ciò significa che le sorgenti del campo vettoriale di spostamento elettrico sono cariche elettriche.

Per garantire l'unicità della soluzione del problema di analisi EMF, è necessario integrare le equazioni di Maxwell con le equazioni della connessione materiale tra i vettori E E D , E B E H .

Relazioni tra vettori di campo e proprietà elettrofisiche del mezzo

È risaputo che

(1)

Tutti i dielettrici sono polarizzati da un campo elettrico. Tutti i magneti sono magnetizzati da un campo magnetico. Le proprietà dielettriche statiche di una sostanza possono essere completamente descritte dalla dipendenza funzionale del vettore di polarizzazione P dal vettore dell'intensità del campo elettrico E (P =P (E )). Le proprietà magnetiche statiche di una sostanza possono essere completamente descritte dalla dipendenza funzionale del vettore di magnetizzazione M dal vettore dell'intensità del campo magnetico H (M =M (H )). Nel caso generale, tali dipendenze sono di natura ambigua (isteresi). Ciò significa che il vettore di polarizzazione o magnetizzazione nel punto Qè determinato non solo dal valore del vettore E O H a questo punto, ma anche la storia del cambiamento del vettore E O H a questo punto. È estremamente difficile indagare sperimentalmente e modellare queste dipendenze. Pertanto, in pratica si presume spesso che i vettori P E E , E M E H sono collineari e le proprietà elettrofisiche della materia sono descritte da funzioni di isteresi scalari (| P |=|P |(|E |), |M |=|M |(|H |). Se le caratteristiche di isteresi delle funzioni di cui sopra possono essere trascurate, le proprietà elettriche sono descritte da funzioni a valore singolo P=P(E), M=M(H).

In molti casi, queste funzioni possono essere approssimativamente considerate lineari, cioè,

Quindi, tenendo conto della relazione (1), possiamo scrivere quanto segue

(4)

Di conseguenza, la relativa permeabilità dielettrica e magnetica della sostanza:

Permettività assoluta di una sostanza:

Permeabilità magnetica assoluta di una sostanza:

Le relazioni (2), (3), (4) caratterizzano le proprietà dielettriche e magnetiche della sostanza. Le proprietà elettricamente conduttive di una sostanza possono essere descritte dalla legge di Ohm in forma differenziale

dove è la conducibilità elettrica specifica della sostanza, misurata in S/m.

In un caso più generale, la dipendenza tra la densità di corrente di conduzione e il vettore dell'intensità del campo elettrico ha un carattere di isteresi vettoriale non lineare.

Energia del campo elettromagnetico

La densità volumetrica di energia del campo elettrico è

Dove W e si misura in J/m3.

La densità volumetrica di energia del campo magnetico è

Dove W m è misurato in J / m 3.

La densità volumetrica di energia del campo elettromagnetico è uguale a

Nel caso delle proprietà elettriche e magnetiche lineari della materia, la densità di energia del volume dell'EMF è uguale a

Questa espressione è valida per valori istantanei di energia specifica e vettori EMF.

Potenza specifica delle dispersioni termiche da correnti di conduzione

Potere specifico delle fonti terze

Domande di controllo

1. Come viene formulato integralmente il diritto totale attuale?

2. Come viene formulata la legge dell'induzione elettromagnetica in forma integrale?

3. Come si formulano in forma integrale il teorema di Gauss e la legge della continuità del flusso magnetico?

4. Come si formula la legge della corrente totale in forma differenziale?

5. Come viene formulata la legge dell'induzione elettromagnetica in forma differenziale?

6. Come si formulano in forma integrale il teorema di Gauss e la legge di continuità delle linee di induzione magnetica?

7. Quali relazioni descrivono le proprietà elettriche della materia?

8. Come si esprime l'energia di un campo elettromagnetico in termini di grandezze vettoriali che la determinano?

9. Come si determina la potenza specifica delle dispersioni termiche e la potenza specifica delle fonti terze?

Esempi di applicazioni MATLAB

Compito 1.

Dato: All'interno del volume di un tetraedro, l'induzione magnetica e la magnetizzazione di una sostanza cambiano secondo una legge lineare. Vengono fornite le coordinate dei vertici del tetraedro, vengono forniti anche i valori dei vettori di induzione magnetica e la magnetizzazione della sostanza ai vertici.

Calcolare densità di corrente elettrica nel volume del tetraedro, utilizzando la funzione m compilata nella soluzione del problema nel paragrafo precedente. Eseguire il calcolo nella finestra di comando MATLAB, assumendo che le coordinate spaziali siano misurate in millimetri, l'induzione magnetica sia in tesla, l'intensità del campo magnetico e la magnetizzazione siano in kA/m.

Soluzione.

Impostiamo i dati di origine in un formato compatibile con la funzione m grad_div_rot:

>> nodi=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 % permeabilità magnetica del vuoto assoluto, 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(nodi,uno(4,1),B/mu0-M)

0 -3.0358e-017 0

914.2 527.76 -340.67

In questo esempio, il vettore della densità di corrente totale nel volume considerato è risultato pari a (-914,2* 1 X + 527.76*1 si - 340.67*1 z.z) A/mm 2 . Per determinare il modulo della densità di corrente, eseguire la seguente istruzione:

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

Il valore calcolato della densità di corrente non può essere ottenuto in mezzi altamente magnetizzati in dispositivi tecnici reali. Questo esempio è puramente educativo. E ora controlliamo la correttezza dell'impostazione della distribuzione dell'induzione magnetica nel volume del tetraedro. Per fare ciò, eseguire la seguente istruzione:

>> =grad_div_rot(nodi,uno(4,1),B)

0 -3.0358e-017 0

0.38115 0.37114 -0.55567

Qui abbiamo il valore div B \u003d -0,34415 T / mm, che non può essere conforme alla legge di continuità delle linee di induzione magnetica in forma differenziale. Da ciò ne consegue che la distribuzione dell'induzione magnetica nel volume del tetraedro è impostata in modo errato.

Compito 2.

Lascia che il tetraedro, di cui sono date le coordinate del vertice, sia nell'aria (le unità di misura sono metri). Si diano i valori del vettore dell'intensità del campo elettrico ai suoi vertici (unità di misura - kV/m).

Necessario calcolare la densità volumetrica di carica elettrica all'interno del tetraedro.

Soluzione si può fare in modo simile:

>> nodi=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 % di permittività assoluta del vuoto, 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(nodi,uno(4,1),E*eps0)

0.076467 0.21709 -0.015323

In questo esempio, la densità di carica volumetrica è risultata essere 0,10685 μC/m 3 .

§ 1.6. Condizioni al contorno per i vettori EMF.
La legge di conservazione della carica. Teorema di Umov-Poynting

È segnato qui: H 1 - il vettore dell'intensità del campo magnetico sull'interfaccia tra i media nell'ambiente n. 1; H 2 - lo stesso nell'ambiente n. 2; H 1T- componente tangenziale (tangenziale) del vettore dell'intensità del campo magnetico sull'interfaccia multimediale nel mezzo n. 1; H 2T- lo stesso nell'ambiente n. 2; E 1 è il vettore dell'intensità totale del campo elettrico sull'interfaccia media nel mezzo n. 1; E 2 - lo stesso nell'ambiente n. 2; E 1 c - componente di terze parti del vettore dell'intensità del campo elettrico sull'interfaccia multimediale nel mezzo n. 1; E 2c - lo stesso nell'ambiente n. 2; E 1T- componente tangenziale del vettore dell'intensità del campo elettrico sull'interfaccia media nel mezzo n. 1; E 2T- lo stesso nell'ambiente n. 2; E 1s T- componente tangenziale di terze parti del vettore dell'intensità del campo elettrico sull'interfaccia media nel mezzo n. 1; E 2T- lo stesso nell'ambiente n. 2; B 1 - vettore di induzione magnetica all'interfaccia tra i mezzi nel mezzo n. 1; B 2 - lo stesso nell'ambiente n. 2; B 1N- la componente normale del vettore di induzione magnetica sull'interfaccia tra i mezzi nel mezzo n. 1; B 2N- lo stesso nell'ambiente n. 2; D 1 - vettore di spostamento elettrico sull'interfaccia multimediale nel mezzo n. 1; D 2 - lo stesso nell'ambiente n. 2; D 1N- componente normale del vettore di spostamento elettrico sull'interfaccia media nel mezzo n. 1; D 2N- lo stesso nell'ambiente n. 2; σ è la densità superficiale della carica elettrica all'interfaccia tra i mezzi, misurata in C/m 2 .

Legge di conservazione della carica

Se non ci sono fonti correnti di terze parti, allora

e nel caso generale, cioè, il vettore di densità di corrente totale non ha sorgenti, cioè le linee di corrente totale sono sempre chiuse

Teorema di Umov-Poynting

La densità di potenza volumetrica consumata da un punto materiale nell'EMF è uguale a

Secondo l'identità (1)

Questa è l'equazione del bilancio di potenza per il volume v. Nel caso generale, secondo l'uguaglianza (3), la potenza elettromagnetica generata da sorgenti all'interno del volume v, va alle perdite di calore, all'accumulo di energia EMF e all'irradiazione nello spazio circostante attraverso una superficie chiusa che limita questo volume.

L'integrando nell'integrale (2) è chiamato vettore di Poynting:

Dove P misurato in W/m2.

Questo vettore è uguale alla densità del flusso di potenza elettromagnetica in un punto di osservazione. L'uguaglianza (3) è un'espressione matematica del teorema di Umov-Poynting.

Potenza elettromagnetica irradiata dall'area v nello spazio circostante è uguale al flusso del vettore di Poynting attraverso una superficie chiusa S, area di delimitazione v.

Domande di controllo

1. Quali espressioni descrivono le condizioni al contorno per i vettori del campo elettromagnetico sulle interfacce multimediali?

2. Come si formula la legge di conservazione della carica in forma differenziale?

3. Come si formula integralmente la legge di conservazione della carica?

4. Quali espressioni descrivono le condizioni al contorno per la densità di corrente alle interfacce multimediali?

5. Qual è la densità volumetrica della potenza consumata da un punto materiale in un campo elettromagnetico?

6. Come si scrive l'equazione del bilancio di potenza elettromagnetica per un certo volume?

7. Cos'è il vettore di Poynting?

8. Come viene formulato il teorema di Umov-Poynting?

Esempio di applicazione MATLAB

Compito.

Dato: C'è una superficie triangolare nello spazio. Le coordinate del vertice sono impostate. Vengono inoltre forniti i valori dei vettori di intensità del campo elettrico e magnetico ai vertici. La componente di terze parti dell'intensità del campo elettrico è zero.

Necessario calcola la potenza elettromagnetica che passa attraverso questa superficie triangolare. Comporre una funzione MATLAB che esegua questo calcolo. Durante il calcolo, considera che il vettore normale positivo è diretto in modo tale che se guardi dalla sua estremità, il movimento in ordine crescente dei numeri dei vertici avverrà in senso antiorario.

Soluzione. Di seguito è riportato il testo della funzione m.

% em_power_tri - calcolo della potenza elettromagnetica passante

% superficie triangolare nello spazio

%P=em_power_tri(nodi,E,H)

% PARAMETRI DI INGRESSO

% nodi - matrice quadrata come ." ,

% in ogni riga di cui sono scritte le coordinate del vertice corrispondente.

% E - matrice dei componenti del vettore dell'intensità del campo elettrico ai vertici:

% Le righe corrispondono ai vertici, le colonne corrispondono alle componenti cartesiane.

% H - matrice dei componenti del vettore dell'intensità del campo magnetico ai vertici.

% PARAMETRO DI USCITA

%P - potenza elettromagnetica che passa attraverso il triangolo

% I calcoli presumono che sul triangolo

La percentuale di vettori dell'intensità di campo cambia nello spazio secondo una legge lineare.

funzione P=em_power_tri(nodi,E,H);

% Calcola il vettore della doppia area del triangolo

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

P=somma(croce(E,(uno(3,3)+occhio(3))*H,2))*S."/24;

Un esempio di esecuzione della funzione m sviluppata:

>> nodi=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_potenza_tri(nodi,E,H)

Se assumiamo che le coordinate spaziali siano misurate in metri, il vettore dell'intensità del campo elettrico è in volt per metro, il vettore dell'intensità del campo magnetico è in ampere per metro, quindi in questo esempio la potenza elettromagnetica che passa attraverso il triangolo risulta essere 0,18221 W.

elettricità intorno a noi

Campo elettromagnetico (definizione da TSB)- questa è una forma speciale di materia, attraverso la quale viene effettuata l'interazione tra particelle caricate elettricamente. Sulla base di questa definizione, non è chiaro cosa sia primario: l'esistenza di particelle cariche o la presenza di un campo. Forse solo per la presenza di un campo elettromagnetico, le particelle possono ricevere una carica. Proprio come la storia della gallina e dell'uovo. La linea di fondo è che le particelle cariche e il campo elettromagnetico sono inseparabili l'uno dall'altro e non possono esistere l'uno senza l'altro. Pertanto, la definizione non dà a te e me l'opportunità di comprendere l'essenza del fenomeno del campo elettromagnetico e l'unica cosa da ricordare è che questo forma speciale della materia! La teoria del campo elettromagnetico fu sviluppata da James Maxwell nel 1865.

Cos'è un campo elettromagnetico? Si può immaginare che viviamo nell'Universo elettromagnetico, che è interamente permeato dal campo elettromagnetico, e varie particelle e sostanze, a seconda della loro struttura e proprietà, acquisiscono una carica positiva o negativa sotto l'influenza del campo elettromagnetico, la accumulano, o rimanere elettricamente neutri. Rispettivamente campi elettromagnetici possono essere suddivisi in due tipi: statico, cioè emesso da corpi carichi (particelle) e parte integrante di essi, e dinamico, propagandosi nello spazio, strappandosi alla sorgente che lo irradiava. Un campo elettromagnetico dinamico in fisica è rappresentato da due onde reciprocamente perpendicolari: elettrica (E) e magnetica (H).

Il fatto che il campo elettrico sia generato da un campo magnetico alternato e il campo magnetico - da uno elettrico alternato, porta al fatto che i campi elettrici e magnetici alternati non esistono separatamente l'uno dall'altro. Il campo elettromagnetico di particelle cariche stazionarie o in movimento uniforme è direttamente correlato alle particelle stesse. Con il movimento accelerato di queste particelle cariche, il campo elettromagnetico "si stacca" da esse ed esiste indipendentemente sotto forma di onde elettromagnetiche, non scomparendo con l'eliminazione della sorgente.

Sorgenti di campi elettromagnetici

Sorgenti naturali (naturali) di campi elettromagnetici

Le fonti naturali (naturali) di campi elettromagnetici sono suddivise nei seguenti gruppi:

campo elettrico e magnetico della Terra;

radiazione radio del Sole e delle galassie (radiazione cosmica a microonde uniformemente distribuita nell'Universo);

elettricità atmosferica;

fondo elettromagnetico biologico.

Campo magnetico terrestre. L'intensità del campo geomagnetico terrestre varia sulla superficie terrestre da 35 µT all'equatore a 65 µT vicino ai poli.

Campo elettrico terrestreè diretta normalmente verso la superficie terrestre, che è caricata negativamente rispetto a strati superiori atmosfera. L'intensità del campo elettrico vicino alla superficie terrestre è di 120…130 V/m e diminuisce approssimativamente in modo esponenziale con l'altezza. I cambiamenti annuali di EP sono di natura simile in tutta la Terra: l'intensità massima è di 150...250 V/m in gennaio-febbraio e la minima è di 100...120 V/m in giugno-luglio.

elettricità atmosferica sono fenomeni elettrici nell'atmosfera terrestre. Nell'aria (collegamento) ci sono sempre cariche elettriche positive e negative - ioni che sorgono sotto l'influenza di sostanze radioattive, raggi cosmici e radiazioni ultraviolette del sole. Il globo è carico negativamente; c'è una grande differenza potenziale tra esso e l'atmosfera. La forza del campo elettrostatico aumenta notevolmente durante i temporali. La gamma di frequenza delle scariche atmosferiche è compresa tra 100 Hz e 30 MHz.

fonti extraterrestri includere le radiazioni al di fuori dell'atmosfera terrestre.

Fondo elettromagnetico biologico. Gli oggetti biologici, come altri corpi fisici, a temperature superiori allo zero assoluto irradiano campi elettromagnetici nell'intervallo 10 kHz - 100 GHz. Ciò è dovuto al movimento caotico delle cariche - ioni, nel corpo umano. La densità di potenza di tali radiazioni nell'uomo è di 10 mW / cm2, che per un adulto fornisce una potenza totale di 100 watt. Corpo umano emette anche campi elettromagnetici a 300 GHz con una densità di potenza di circa 0,003 W/m2.

Sorgenti antropogeniche di campi elettromagnetici

Le fonti antropogeniche si dividono in 2 gruppi:

Sorgenti di radiazioni a bassa frequenza (0 - 3 kHz)

Questo gruppo comprende tutti i sistemi per la produzione, trasmissione e distribuzione di energia elettrica (linee elettriche, cabine di trasformazione, centrali elettriche, vari sistemi di cavi), apparecchiature elettriche ed elettroniche per la casa e l'ufficio, compresi i monitor dei PC, veicoli elettrici, trasporto ferroviario e relativa infrastruttura, così come metropolitana, filobus e tram.

Già oggi il campo elettromagnetico sul 18-32% del territorio delle città si forma a causa del traffico automobilistico. Le onde elettromagnetiche generate durante il movimento dei veicoli interferiscono con la ricezione televisiva e radiofonica e possono anche avere un effetto dannoso sul corpo umano.

Sorgenti RF (da 3 kHz a 300 GHz)

Questo gruppo comprende trasmettitori funzionali - sorgenti di un campo elettromagnetico allo scopo di trasmettere o ricevere informazioni. Si tratta di trasmettitori commerciali (radio, televisione), radiotelefoni (auto, radiotelefoni, radio CB, trasmettitori radioamatoriali, radiotelefoni industriali), comunicazioni radio direzionali (comunicazioni radio satellitari, ripetitori terrestri), navigazione (traffico aereo, navigazione , punto radio), localizzatori (comunicazioni aeree, spedizioni, localizzatori di traffico, controllo del traffico aereo). Ciò include anche varie apparecchiature tecnologiche che utilizzano radiazioni a microonde, campi alternati (50 Hz - 1 MHz) e pulsati, apparecchiature domestiche (forni a microonde), mezzi di visualizzazione visiva di informazioni su tubi a raggi catodici (monitor di PC, televisori, ecc.). Per ricerca scientifica In medicina vengono utilizzate correnti ad altissima frequenza. I campi elettromagnetici derivanti dall'uso di tali correnti rappresentano un certo rischio professionale, pertanto è necessario adottare misure per proteggersi dai loro effetti sul corpo.

Le principali fonti tecnogeniche sono:

televisori domestici, forni a microonde, radiotelefoni, ecc. dispositivi;

centrali elettriche, centrali elettriche e cabine di trasformazione;

reti elettriche e via cavo ampiamente ramificate;

stazioni di trasmissione radar, radiofoniche e televisive, ripetitori;

computer e monitor video;

linee elettriche aeree (TL).

Una caratteristica dell'esposizione in condizioni urbane è l'impatto sulla popolazione sia del fondo elettromagnetico totale (parametro integrale) sia dei campi elettromagnetici forti provenienti da singole sorgenti (parametro differenziale).

Che cos'è un campo elettromagnetico, in che modo influisce sulla salute umana e perché misurarlo: imparerai da questo articolo. Continuando a farti conoscere l'assortimento del nostro negozio, ti parleremo di dispositivi utili: indicatori dell'intensità del campo elettromagnetico (EMF). Possono essere utilizzati sia in azienda che a casa.

Cos'è un campo elettromagnetico?

Il mondo moderno è impensabile senza elettrodomestici, cellulari, elettricità, tram e filobus, televisori e computer. Ci siamo abituati e non pensiamo affatto che qualsiasi dispositivo elettrico crei un campo elettromagnetico attorno a sé. È invisibile, ma colpisce tutti gli organismi viventi, compresi gli esseri umani.

Un campo elettromagnetico è una forma speciale di materia che si verifica quando le particelle in movimento interagiscono con le cariche elettriche. I campi elettrico e magnetico sono interconnessi tra loro e possono darsi origine l'un l'altro, motivo per cui, di regola, si parla insieme di un unico campo elettromagnetico.

Le principali fonti di campi elettromagnetici includono:

- linee elettriche;
— cabine di trasformazione;
– cavi elettrici, di telecomunicazione, TV e Internet;
– torri cellulari, torri radio e TV, amplificatori, antenne per telefoni cellulari e satellitari, router Wi-Fi;
— computer, televisori, display;
- elettrodomestici;
– forni a induzione e microonde (MW);
— trasporto elettrico;
- radar.

Effetto dei campi elettromagnetici sulla salute umana

I campi elettromagnetici influenzano qualsiasi organismo biologico: piante, insetti, animali, persone. Gli scienziati che studiano l'effetto dei campi elettromagnetici sugli esseri umani sono giunti alla conclusione che l'esposizione prolungata e regolare ai campi elettromagnetici può portare a:
- aumento della fatica, disturbi del sonno, mal di testa, diminuzione della pressione, diminuzione della frequenza cardiaca;
- disturbi del sistema immunitario, nervoso, endocrino, sessuale, ormonale, cardiovascolare;
- sviluppo malattie oncologiche;
- lo sviluppo di malattie della centrale sistemi nervosi S;
- reazioni allergiche.

Protezione EMI

Esistono standard sanitari che stabiliscono i livelli massimi consentiti di intensità del campo elettromagnetico a seconda del tempo trascorso nell'area pericolosa - per locali residenziali, luoghi di lavoro, luoghi vicino a fonti di un campo forte. Se non è possibile ridurre strutturalmente le radiazioni, ad esempio da una linea di trasmissione elettromagnetica (EMF) o da una torre cellulare, vengono sviluppate istruzioni di servizio, dispositivi di protezione per il personale di lavoro e zone di accesso limitato per la quarantena sanitaria.

Diverse istruzioni regolano il tempo di permanenza di una persona nella zona di pericolo. Reti schermanti, pellicole, vetrature, tute in tessuto metallizzato a base di fibre polimeriche possono ridurre di migliaia di volte l'intensità della radiazione elettromagnetica. Su richiesta di GOST, le zone di radiazione EMF sono recintate e dotate di segnali di avvertimento "Non entrare, è pericoloso!" e il simbolo di rischio elettromagnetico.

I servizi speciali con l'ausilio di dispositivi monitorano costantemente il livello di intensità dei campi elettromagnetici nei luoghi di lavoro e nei locali residenziali. Puoi prenderti cura della tua salute da solo acquistando un dispositivo portatile "Impulse" o un set "Impulse" + tester per nitrati "SOEKS".

Perché abbiamo bisogno di dispositivi domestici per misurare la forza del campo elettromagnetico?

Il campo elettromagnetico influisce negativamente sulla salute umana, quindi è utile sapere quali luoghi si visitano (a casa, in ufficio, in giardino, in garage) possono essere pericolosi. Dovete capire che un maggiore sfondo elettromagnetico può essere creato non solo dai vostri apparecchi elettrici, telefoni, televisori e computer, ma anche da cablaggi difettosi, apparecchi elettrici dei vicini, impianti industriali situati nelle vicinanze.

Gli esperti hanno scoperto che un'esposizione a campi elettromagnetici a breve termine su una persona è praticamente innocua, ma una lunga permanenza in un'area con un maggiore background elettromagnetico è pericolosa. Sono le zone che possono essere rilevate utilizzando dispositivi di tipo “Impulso”. Quindi, puoi controllare i luoghi in cui trascorri più tempo; asilo nido e camera da letto; studio. Lo strumento contiene i valori impostati documenti normativi in modo da poter valutare immediatamente il grado di pericolo per te e per i tuoi cari. È possibile che dopo l'esame si decida di allontanare il computer dal letto, di eliminare il cellulare con antenna amplificata, di sostituire il vecchio forno a microonde con uno nuovo, di sostituire l'isolamento della porta del frigorifero con la modalità No Frost .

Nel 1860-1865. uno dei più grandi fisici del XIX secolo James Clerk Maxwell creato una teoria campo elettromagnetico. Secondo Maxwell, il fenomeno dell'induzione elettromagnetica è spiegato come segue. Se ad un certo punto nello spazio il campo magnetico cambia nel tempo, anche lì si forma un campo elettrico. Se c'è un conduttore chiuso nel campo, allora il campo elettrico provoca una corrente di induzione in esso. Dalla teoria di Maxwell risulta che è possibile anche il processo inverso. Se in qualche regione dello spazio il campo elettrico cambia nel tempo, qui si forma anche un campo magnetico.

Pertanto, qualsiasi cambiamento nel tempo nel campo magnetico si traduce in un campo elettrico variabile e qualsiasi cambiamento nel tempo nel campo elettrico dà origine a un campo magnetico variabile. Questi generandosi reciprocamente campi elettrici e magnetici alternati formano un unico campo elettromagnetico.

Proprietà delle onde elettromagnetiche

Il risultato più importante che segue dalla teoria del campo elettromagnetico formulata da Maxwell è stata la previsione della possibilità dell'esistenza di onde elettromagnetiche. Onda elettromagnetica- propagazione dei campi elettromagnetici nello spazio e nel tempo.

Le onde elettromagnetiche, a differenza delle onde elastiche (sonore), possono propagarsi nel vuoto o in qualsiasi altra sostanza.

Le onde elettromagnetiche nel vuoto si propagano ad una velocità c=299 792 km/sec, cioè alla velocità della luce.

Nella materia, la velocità di un'onda elettromagnetica è minore che nel vuoto. La relazione tra la lunghezza d'onda, la sua velocità, il periodo e la frequenza delle oscillazioni ottenuta per le onde meccaniche è valida anche per le onde elettromagnetiche:

Fluttuazioni del vettore di tensione E e vettore di induzione magnetica B avvengono in piani reciprocamente perpendicolari e perpendicolari alla direzione di propagazione dell'onda (vettore velocità).

Un'onda elettromagnetica trasporta energia.

Gamma di onde elettromagnetiche

Intorno a noi mondo complesso onde elettromagnetiche di varie frequenze: radiazioni da monitor di computer, telefoni cellulari, forni a microonde, televisori, ecc. Attualmente, tutte le onde elettromagnetiche sono divise per lunghezza d'onda in sei gamme principali.

onde radio- sono onde elettromagnetiche (con una lunghezza d'onda da 10.000 ma 0,005 m), che servono a trasmettere segnali (informazioni) a distanza senza fili. Nelle comunicazioni radio, le onde radio sono create da correnti ad alta frequenza che scorrono in un'antenna.

Radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda da 0,005 m a 1 micron, cioè tra le onde radio e la luce visibile radiazione infrarossa. La radiazione infrarossa viene emessa da qualsiasi corpo riscaldato. La fonte della radiazione infrarossa sono forni, batterie, lampade elettriche a incandescenza. Con l'ausilio di dispositivi speciali, la radiazione infrarossa può essere convertita in luce visibile e si possono ottenere immagini di oggetti riscaldati nella completa oscurità.

A luce visibile includono radiazioni con una lunghezza d'onda di circa 770 nm a 380 nm, dal rosso al viola. Il significato di questa parte dello spettro delle radiazioni elettromagnetiche nella vita umana è eccezionalmente grande, poiché una persona riceve quasi tutte le informazioni sul mondo che lo circonda con l'aiuto della visione.

Si chiama radiazione elettromagnetica invisibile all'occhio con una lunghezza d'onda più corta del viola radiazioni ultraviolette. Può uccidere i batteri patogeni.

radiazioni a raggi X invisibile agli occhi. Passa senza un assorbimento significativo attraverso strati significativi di una sostanza opaca alla luce visibile, che viene utilizzata per diagnosticare malattie degli organi interni.

Radiazioni gamma chiamata radiazione elettromagnetica emessa da nuclei eccitati e derivante dall'interazione di particelle elementari.

Il principio della comunicazione radio

Il circuito oscillatorio viene utilizzato come sorgente di onde elettromagnetiche. Per una radiazione efficace, il circuito è "aperto", cioè creare le condizioni affinché il campo "vada" nello spazio. Questo dispositivo è chiamato circuito oscillatorio aperto - antenna.

comunicazione radiofonica chiamato la trasmissione di informazioni mediante onde elettromagnetiche, le cui frequenze sono nella gamma da a Hz.

radar (radar)

Un dispositivo che trasmette onde ultracorte e le riceve immediatamente. L'irraggiamento è effettuato da brevi impulsi. Gli impulsi vengono riflessi dagli oggetti, consentendo, dopo aver ricevuto ed elaborato il segnale, di impostare la distanza dall'oggetto.

Il radar di velocità funziona secondo un principio simile. Pensa a come il radar determina la velocità di un'auto in movimento.

1. Introduzione. Oggetto di studio in valeologia.

3. Le principali sorgenti del campo elettromagnetico.

5. Metodi per proteggere la salute delle persone dall'esposizione elettromagnetica.

6. Elenco dei materiali e della letteratura utilizzati.

1. Introduzione. Oggetto di studio in valeologia.

1.1 Introduzione.

Valeologia - dal lat. "valeo" - "ciao" - disciplina scientifica che studia la salute individuale di una persona sana. La differenza fondamentale tra la valeologia e le altre discipline (in particolare, dalla medicina pratica) risiede proprio nell'approccio individuale alla valutazione della salute di ogni specifico soggetto (senza tener conto dei dati generali e medi per nessun gruppo).

Per la prima volta, la valeologia come disciplina scientifica è stata ufficialmente registrata nel 1980. Il suo fondatore fu lo scienziato russo I. I. Brekhman, che lavorò alla Vladivostok State University.

Attualmente, la nuova disciplina si sta attivamente sviluppando, i lavori scientifici si stanno accumulando e la ricerca pratica viene condotta attivamente. A poco a poco, c'è una transizione dallo status di disciplina scientifica allo status di scienza indipendente.

1.2 L'oggetto di studio in valeologia.

L'oggetto di studio in valeologia è la salute individuale di una persona sana e i fattori che la influenzano. Inoltre, la valeologia è impegnata nella sistematizzazione di uno stile di vita sano, tenendo conto dell'individualità di un particolare soggetto.

La definizione più comune del concetto di "salute" al momento è la definizione proposta dagli esperti dell'Organizzazione mondiale della sanità (OMS):

La salute è uno stato di benessere fisico, mentale e sociale.

La moderna valeologia identifica le seguenti caratteristiche principali della salute individuale:

1. La vita è la manifestazione più complessa dell'esistenza della materia, che supera in complessità varie reazioni fisico-chimiche e biologiche.

2. Omeostasi - uno stato quasi statico delle forme di vita, caratterizzato da variabilità su periodi di tempo relativamente ampi e staticità pratica - su periodi brevi.

3. Adattamento: la proprietà delle forme di vita di adattarsi alle mutevoli condizioni di esistenza e al sovraccarico. Con violazioni dell'adattamento o cambiamenti troppo acuti e radicali delle condizioni, si verifica il disadattamento: lo stress.

4. Fenotipo: una combinazione di fattori ambientali che influenzano lo sviluppo di un organismo vivente. Inoltre, il termine "fenotipo" caratterizza la totalità delle caratteristiche dello sviluppo e della fisiologia dell'organismo.

5. Genotipo: una combinazione di fattori ereditari che influenzano lo sviluppo di un organismo vivente, che è una combinazione del materiale genetico dei genitori. Quando i geni deformati vengono trasmessi dai genitori, sorgono patologie ereditarie.

6. Stile di vita: un insieme di stereotipi e norme comportamentali che caratterizzano un particolare organismo.

Salute (come definita dall'OMS).

2. Campo elettromagnetico, suoi tipi, caratteristiche e classificazione.

2.1 Definizioni di base. Tipi di campo elettromagnetico.

Un campo elettromagnetico è una forma speciale di materia attraverso la quale avviene l'interazione tra particelle elettricamente cariche.

Campo elettrico - creato da cariche elettriche e particelle cariche nello spazio. La figura mostra un'immagine delle linee di campo (linee immaginarie utilizzate per visualizzare i campi) di un campo elettrico per due particelle cariche a riposo:

Campo magnetico - creato quando le cariche elettriche si muovono attraverso un conduttore. Lo schema delle linee di campo per un singolo conduttore è mostrato nella figura:

La ragione fisica dell'esistenza di un campo elettromagnetico è che un campo elettrico variabile nel tempo eccita un campo magnetico e un campo magnetico variabile eccita un campo elettrico a vortice. In continua evoluzione, entrambi i componenti supportano l'esistenza del campo elettromagnetico. Il campo di una particella stazionaria o in movimento uniforme è indissolubilmente legato a un vettore (particella carica).

Tuttavia, con il movimento accelerato dei portatori, il campo elettromagnetico "si stacca" da essi ed esiste nell'ambiente indipendentemente, sotto forma di un'onda elettromagnetica, senza scomparire con la rimozione del vettore (ad esempio, le onde radio non scompaiono quando la corrente scompare (movimento dei portatori - elettroni) nell'antenna che li emette).

2.2 Caratteristiche fondamentali del campo elettromagnetico.

Il campo elettrico è caratterizzato dall'intensità del campo elettrico (designazione "E", unità SI - V/m, vettore). Il campo magnetico è caratterizzato dall'intensità del campo magnetico (designazione "H", dimensione SI - A/m, vettore). Di solito viene misurato il modulo (lunghezza) del vettore.

Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate da una lunghezza d'onda (designazione "(", dimensione SI - m), una sorgente che le emette - frequenza (designazione - "(", dimensione SI - Hz). Nella figura, E è il vettore dell'intensità del campo elettrico, H è il vettore dell'intensità del campo magnetico.

A frequenze di 3 - 300 Hz, il concetto di induzione magnetica può essere utilizzato anche come caratteristica del campo magnetico (designazione "B", dimensione SI - T).

2.3 Classificazione dei campi elettromagnetici.

La più utilizzata è la classificazione cosiddetta "zonale" dei campi elettromagnetici in base al grado di lontananza dalla sorgente/portante.

Secondo questa classificazione, il campo elettromagnetico è diviso in zone "vicine" e "lontane". La zona "vicina" (a volte chiamata zona di induzione) si estende fino a una distanza dalla sorgente pari a 0-3 (, de (- la lunghezza dell'onda elettromagnetica generata dal campo. In questo caso, l'intensità del campo diminuisce rapidamente (proporzionalmente al quadrato o al cubo della distanza dalla sorgente) In questa zona l'onda elettromagnetica generata non è ancora completamente formata.

La zona "lontana" è la zona dell'onda elettromagnetica formata. Qui, l'intensità del campo diminuisce inversamente con la distanza dalla sorgente. In questa zona vale la relazione sperimentalmente determinata tra le intensità dei campi elettrico e magnetico:

dove 377 è un'impedenza del vuoto costante, Ohm.

Le onde elettromagnetiche sono generalmente classificate in base alle frequenze:

| Estremamente basso, | | Hz | Decamegametro | mm |

| Bassissimo, VLF | | Hz | Megametro | mm |

| Alto, HF | | MHz | Decametro | m |

|Molto alto, VHF| MHz|Metro | m |

|Altissimo, UHF| GHz | Decimetro | m |

| Altissima, microonde | | GHz | Centimetro | cm |

Di solito viene misurata solo l'intensità del campo elettrico E. A frequenze superiori a 300 MHz, a volte viene misurata la densità del flusso di energia dell'onda, o il vettore di Poynting (la designazione "S", la dimensione SI è W/m2).

3. Le principali sorgenti del campo elettromagnetico.

Le principali sorgenti del campo elettromagnetico sono:

Linee elettriche.

Cablaggio (all'interno di edifici e strutture).

Elettrodomestici.

Computer personale.

Emittenti televisive e radiofoniche.

Comunicazioni satellitari e cellulari (dispositivi, ripetitori).

Trasporto elettrico.

impianti radar.

3.1 Linee elettriche (TL).

I fili di un elettrodotto funzionante creano nello spazio adiacente (a distanze dell'ordine di decine di metri dal filo) un campo elettromagnetico di frequenza industriale (50 Hz). Inoltre, l'intensità del campo vicino alla linea può variare in un ampio intervallo, a seconda del suo carico elettrico. Le norme stabiliscono i confini delle zone di protezione sanitaria in prossimità delle linee elettriche (secondo SN 2971-84):

| Tensione di esercizio | 330 e inferiore | 500 | 750 | 1150 |

| Taglia | 20 | 30 | 40 | 55 |

(infatti i confini della zona di protezione sanitaria sono stabiliti lungo la linea di confine dell'intensità massima del campo elettrico, che è la più lontana dai fili, pari a 1 kV/m).

3.2 Cablaggio.

Il cablaggio elettrico comprende: cavi di alimentazione per la costruzione di sistemi di supporto vitale, cavi di distribuzione dell'alimentazione, nonché schede di derivazione, scatole di alimentazione e trasformatori. Il cablaggio elettrico è la fonte principale del campo elettromagnetico a frequenza industriale nei locali residenziali. In questo caso, il livello dell'intensità del campo elettrico emesso dalla sorgente è spesso relativamente basso (non supera i 500 V/m).

3.3 Elettrodomestici.

Le fonti di campi elettromagnetici sono tutti gli elettrodomestici che funzionano utilizzando la corrente elettrica. Allo stesso tempo, il livello di radiazione varia nell'intervallo più ampio, a seconda del modello, del dispositivo e della specifica modalità di funzionamento. Inoltre, il livello di radiazione dipende fortemente dal consumo energetico del dispositivo: maggiore è la potenza, maggiore è il livello del campo elettromagnetico durante il funzionamento del dispositivo. L'intensità del campo elettrico vicino agli elettrodomestici non supera le decine di V/m.

La tabella seguente mostra i livelli massimi consentiti di induzione magnetica per le sorgenti di campo magnetico più potenti tra gli elettrodomestici:

| Dispositivo | Intervallo limite | |

| | valori di induzione magnetica, μT |

|Caffettiera | |

|Lavatrice | |

| Ferro | |

| Aspirapolvere | |

| Stufa elettrica | |

|Lampada « luce del giorno» (lampade fluorescenti LTB, | |

| Trapano elettrico (motore | |

| Potenza W) | | |

| Miscelatore elettrico (motore di potenza | |

| W) | |

| televisione | |

| Forno a microonde (induzione, microonde) | | |

3.4 Personal computer.

La fonte primaria di effetti avversi sulla salute per un utente di computer è il dispositivo di visualizzazione del monitor (VOD). Nella maggior parte dei monitor moderni, il CBO è un tubo a raggi catodici. La tabella elenca i principali impatti sulla salute di SVR:

| Ergonomico | Fattori di influenza elettromagnetica | |

| | tubo a raggi catodici di campo | |

| Notevole riduzione del contrasto | Campo elettromagnetico nella frequenza | |

| immagine riprodotta nelle condizioni | gamma MHz. |

| illuminazione esterna dello schermo con fasci diretti | | |

| luce. | | |

|Specchio riflesso raggi di luce da | Carica elettrostatica sulla superficie |

| Personaggio dei cartoni animati | Radiazioni ultraviolette (portata |

| riproduzione dell'immagine | lunghezze d'onda nm). |

| (aggiornamento continuo ad alta frequenza | |

| Natura discreta dell'immagine | Infrarossi e raggi X |

| (suddivisione in punti). | radiazioni ionizzanti. |

In futuro considereremo solo i fattori dell'influenza del campo elettromagnetico del tubo a raggi catodici come i principali fattori dell'influenza dell'SVR sulla salute.

Oltre al monitor e all'unità di sistema, un personal computer può includere anche un gran numero di altri dispositivi (come stampanti, scanner, filtri di rete, ecc.). Tutti questi dispositivi funzionano con l'uso di corrente elettrica, il che significa che sono sorgenti di un campo elettromagnetico. La tabella seguente mostra l'ambiente elettromagnetico vicino al computer (il contributo del monitor non è preso in considerazione in questa tabella, come discusso in precedenza):

| Fonte | Intervallo di frequenza generato | |

| | campo elettromagnetico | |

| Assemblaggio dell'unità di sistema. | |. |

| Dispositivi di input-output (stampanti, | Hz. |

| scanner, unità, ecc.). | |

| Gruppi di continuità, |. |

| filtri e stabilizzatori di rete | | |

Il campo elettromagnetico dei personal computer ha la composizione ondulatoria e spettrale più complessa ed è difficile da misurare e quantificare. Ha componenti magnetiche, elettrostatiche e di radiazione (in particolare, il potenziale elettrostatico di una persona seduta davanti a un monitor può variare da -3 a +5 V). Dato che i personal computer sono ora utilizzati attivamente in tutti i rami dell'attività umana, il loro impatto sulla salute umana è soggetto a un attento studio e controllo.

3.5 Emittenti televisive e radiofoniche.

Un numero significativo di emittenti radiofoniche e centri di varie affiliazioni si trova attualmente sul territorio della Russia.

Le stazioni e i centri trasmittenti si trovano in zone appositamente designate e possono occupare territori piuttosto ampi (fino a 1000 ettari). Con la loro struttura, includono uno o più edifici tecnici, dove si trovano i trasmettitori radio, e campi di antenne, su cui si trovano fino a diverse dozzine di sistemi di alimentazione dell'antenna (AFS). Ogni sistema include un'antenna radiante e una linea di alimentazione che porta il segnale di trasmissione.

Il campo elettromagnetico emesso dalle antenne dei centri di radiodiffusione ha una composizione spettrale complessa e una distribuzione individuale delle forze in funzione della configurazione delle antenne, del terreno e dell'architettura degli edifici adiacenti. Nella tabella sono presentati alcuni dati medi per vari tipi di centri di trasmissione radiofonica:

| | campo, V/m. | A/m. | |

| DV - radio | 630 | 1.2 | Massima tensione |

|kHz, | | | distanze inferiori a 1 lunghezza | |

|500kW). | | | |

|200kW). | | | |

| HF - radio | 44 | 0.12 | I trasmettitori possono essere | |

|Mhz, | | | Densamente costruito | |

|100 kW). | | | |

| MHz, | | | livello dell'edificio. | |

| più). | | | |

3.6 Comunicazione satellitare e cellulare.

3.6.1 Comunicazioni satellitari.

I sistemi di comunicazione satellitare sono costituiti da una stazione trasmittente sulla Terra e viaggiatori - ripetitori in orbita. Le stazioni di comunicazione satellitare trasmittenti emettono un raggio d'onda strettamente diretto, la cui densità di flusso di energia raggiunge centinaia di W/m. I sistemi di comunicazione satellitare creano elevate intensità di campo elettromagnetico a distanze considerevoli dalle antenne. Ad esempio, una stazione con una potenza di 225 kW, operante a una frequenza di 2,38 GHz, crea una densità di flusso di energia di 2,8 W/m2 a una distanza di 100 km. La dispersione di energia relativa al raggio principale è molto piccola e si verifica soprattutto nell'area del posizionamento diretto dell'antenna.

3.6.2 Comunicazione cellulare.

La radiotelefonia cellulare è oggi uno dei sistemi di telecomunicazione a più intenso sviluppo. Gli elementi principali di un sistema di comunicazione cellulare sono le stazioni base ei radiotelefoni mobili. Le stazioni base mantengono la comunicazione radio con i dispositivi mobili, per cui sono fonti di un campo elettromagnetico. Il sistema utilizza il principio della suddivisione dell'area di copertura in zone, o cosiddette "celle", con un raggio di km. La tabella seguente presenta le principali caratteristiche dei sistemi di comunicazione cellulare operanti in Russia:

| | | | | mar. |km. |

|NMT450. | |

| analogico. |5] |5] | | | |

|AMP. |||100 |0.6 | |

|UMIDITÀ (IS – |||50 |0.2 | |

|136). | | | | | |

|CDMA. |||100 |0.6 | |

|GSM - 900. |||40 |0.25 | |

| GSM - 1800. | |

|Digitale. |0] |5] | | | |

L'intensità della radiazione della stazione base è determinata dal carico, ovvero dalla presenza dei proprietari di telefoni cellulari nell'area di servizio di una determinata stazione base e dal loro desiderio di utilizzare il telefono per una conversazione, che, a sua volta, fondamentalmente dipende dall'ora del giorno, dall'ubicazione della stazione, dal giorno della settimana e da altri fattori. Di notte il carico delle stazioni è quasi nullo. L'intensità della radiazione dei dispositivi mobili dipende in gran parte dallo stato del canale di comunicazione "radiotelefono mobile - stazione base" (maggiore è la distanza dalla stazione base, maggiore è l'intensità della radiazione del dispositivo).

3.7 Trasporto elettrico.

Il trasporto elettrico (filobus, tram, metropolitane, ecc.) è una potente fonte di campo elettromagnetico nella gamma di frequenza Hz. Allo stesso tempo, nella stragrande maggioranza dei casi, il motore elettrico di trazione funge da emettitore principale (per filobus e tram, i collettori di corrente d'aria competono con il motore elettrico in termini di intensità del campo elettrico irradiato). La tabella mostra i dati sul valore misurato dell'induzione magnetica per alcuni tipi di trasporto elettrico:

| Modo di trasporto e genere | Valore medio | Valore massimo |

| Treni suburbani. | 20 | 75 |

| Trasporto elettrico con | 29 | 110 |

| Azionamento CC | | |

| (auto elettriche, ecc.). | | |

3.8 Installazioni radar.

Le installazioni radar e radar di solito hanno antenne di tipo riflettore ("parabole") ed emettono un raggio radio strettamente diretto.

Il movimento periodico dell'antenna nello spazio porta alla discontinuità spaziale della radiazione. C'è anche una temporanea discontinuità della radiazione dovuta al funzionamento ciclico del radar per la radiazione. Funzionano a frequenze da 500 MHz a 15 GHz, ma alcune installazioni speciali possono funzionare a frequenze fino a 100 GHz o più. A causa della particolare natura della radiazione, possono creare zone con un'elevata densità di flusso energetico (100 W/m2 o più) sul terreno.

4. L'influenza del campo elettromagnetico sulla salute umana individuale.

Il corpo umano reagisce sempre a un campo elettromagnetico esterno. A causa della diversa composizione delle onde e di altri fattori, il campo elettromagnetico di varie sorgenti influisce sulla salute umana in modi diversi. Pertanto, in questa sezione, l'impatto di varie fonti sulla salute sarà considerato separatamente. Tuttavia, il campo delle sorgenti artificiali, che è nettamente dissonante con lo sfondo elettromagnetico naturale, in quasi tutti i casi ha un impatto negativo sulla salute delle persone nella zona della sua influenza.

Studi approfonditi sull'influenza dei campi elettromagnetici sulla salute sono stati avviati nel nostro paese negli anni '60. Si è scoperto che il sistema nervoso umano è sensibile agli effetti elettromagnetici e che il campo ha un cosiddetto effetto informativo quando esposto a una persona a intensità inferiori al valore soglia dell'effetto termico (il valore dell'intensità del campo al quale il suo effetto termico inizia a manifestarsi).

La tabella seguente elenca le lamentele più comuni sul deterioramento della salute delle persone che si trovano nella zona di influenza del campo di varie fonti. La sequenza e la numerazione delle fonti nella tabella corrispondono alla loro sequenza e numerazione adottata nella Sezione 3:

| Fonte | I reclami più comuni. |

| elettromagnetico | |

|1. Linee | L'esposizione a breve termine (dell'ordine di diversi minuti) è in grado di |

| Linee elettriche (linee elettriche). | | provocare una reazione negativa solo in soggetti particolarmente sensibili | |

| | persone o pazienti con determinati tipi di allergie | |

| | varie patologie del sistema cardiovascolare e nervoso | |

| | (dovuto allo squilibrio del sottosistema della regolazione nervosa). Quando |

| | esposizione continua ultra lunga (circa 10-20 anni) | |

| | forse (secondo dati non verificati) lo sviluppo di alcuni | |

| | malattie oncologiche. | |

|2. Interno | Ad oggi, dati sulle denunce di degrado | |

| cablaggio elettrico degli edifici | sanitario, direttamente correlato al lavoro di interni | |