campi elettromagnetici. Campo elettromagnetico

Campo elettromagnetico, una forma speciale di materia. Attraverso campo elettromagnetico avviene l'interazione tra particelle cariche.

Il comportamento di un campo elettromagnetico è studiato dall'elettrodinamica classica. Il campo elettromagnetico è descritto dalle Equazioni di Maxwell, che collegano le grandezze che caratterizzano il campo con le sue sorgenti, cioè con cariche e correnti distribuite nello spazio. Il campo elettromagnetico di particelle cariche stazionarie o in movimento uniforme è indissolubilmente legato a queste particelle; man mano che le particelle si muovono più velocemente, il campo elettromagnetico "si stacca" da esse ed esiste indipendentemente sotto forma di onde elettromagnetiche.

Dalle equazioni di Maxwell risulta che un campo elettrico alternato genera un campo magnetico e un campo magnetico alternato ne genera uno elettrico, quindi un campo elettromagnetico può esistere in assenza di cariche. La generazione di un campo elettromagnetico da un campo magnetico alternato e di un campo magnetico da un campo elettrico alternato porta al fatto che i campi elettrico e magnetico non esistono separatamente, indipendentemente l'uno dall'altro. Pertanto, il campo elettromagnetico è un tipo di materia, determinato in tutti i punti da due quantità vettoriali che caratterizzano le sue due componenti - "campo elettrico" e "campo magnetico", ed esercitano una forza sulle particelle cariche, a seconda della loro velocità e grandezza della loro carica.

Un campo elettromagnetico nel vuoto, cioè allo stato libero, non associato a particelle di materia, esiste sotto forma di onde elettromagnetiche, e si propaga nel vuoto in assenza di campi gravitazionali molto intensi ad una velocità pari alla velocità di luce C= 2,998. 10 8 m/sec. Tale campo è caratterizzato dalla forza del campo elettrico E e induzione del campo magnetico IN. Per descrivere il campo elettromagnetico nel mezzo si usano anche le quantità di induzione elettrica D e intensità del campo magnetico H. Nella materia, oltre che in presenza di campi gravitazionali molto forti, cioè in prossimità di masse di materia molto grandi, la velocità di propagazione del campo elettromagnetico è inferiore al valore C.

Le componenti dei vettori che caratterizzano il campo elettromagnetico formano, secondo la teoria della relatività, un'unica quantità fisica - il tensore del campo elettromagnetico, le cui componenti si trasformano quando si passa da un sistema di riferimento inerziale a un altro secondo le trasformazioni di Lorentz .

Un campo elettromagnetico ha energia e quantità di moto. L'esistenza di un impulso di campo elettromagnetico fu scoperta sperimentalmente per la prima volta negli esperimenti di P. N. Lebedev sulla misurazione della pressione della luce nel 1899. Un campo elettromagnetico ha sempre energia. Densità di energia del campo elettromagnetico = 1/2(ED+AA).

Il campo elettromagnetico si propaga nello spazio. La densità del flusso di energia del campo elettromagnetico è determinata dal vettore di Poynting S=, unità W/m 2 . La direzione del vettore di Poynting è perpendicolare E E H e coincide con la direzione di propagazione dell'energia elettromagnetica. Il suo valore è pari all'energia trasferita attraverso un'unità di superficie perpendicolare a S per unità di tempo. Densità del momento di campo nel vuoto K \u003d S / s 2 \u003d / s 2.

Alle alte frequenze del campo elettromagnetico, le sue proprietà quantistiche diventano significative e il campo elettromagnetico può essere considerato come un flusso di quanti di campo - fotoni. In questo caso, viene descritto il campo elettromagnetico

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'aiuto di dispositivi speciali, la radiazione infrarossa può essere convertita in luce visibile e ricevere immagini di oggetti riscaldati nella completa oscurità.

A luce visibile si riferiscono a 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.

Dettagli Categoria: Elettricità e magnetismo Inserito il 06/05/2015 20:46 Visualizzazioni: 11962

Campi elettrici e magnetici variabili in determinate condizioni possono darsi origine reciprocamente. Formano un campo elettromagnetico, che non è affatto la loro totalità. Questo è un insieme unico in cui questi due campi non possono esistere l'uno senza l'altro.

Dalla storia

L'esperimento dello scienziato danese Hans Christian Oersted, condotto nel 1821, dimostrò che una corrente elettrica genera un campo magnetico. A sua volta, un campo magnetico variabile è in grado di generare una corrente elettrica. Ciò fu dimostrato dal fisico inglese Michael Faraday, che scoprì il fenomeno dell'induzione elettromagnetica nel 1831. È anche l'autore del termine "campo elettromagnetico".

A quei tempi, il concetto di azione a lungo raggio di Newton era accettato in fisica. Si credeva che tutti i corpi agissero l'uno sull'altro attraverso il vuoto a una velocità infinitamente alta (quasi istantaneamente) ea qualsiasi distanza. Si presumeva che le cariche elettriche interagissero in modo simile. Faraday, d'altra parte, credeva che il vuoto non esistesse in natura e che l'interazione avvenisse a una velocità finita attraverso un certo mezzo materiale. Questo mezzo per le cariche elettriche è campo elettromagnetico. E si propaga a una velocità pari a quella della luce.

La teoria di Maxwell

Combinando i risultati di studi precedenti, Il fisico inglese James Clerk Maxwell nel 1864 creato teoria del campo elettromagnetico. Secondo esso, un campo magnetico variabile genera un campo elettrico variabile e un campo elettrico alternato genera un campo magnetico alternato. Naturalmente, all'inizio uno dei campi viene creato da una fonte di cariche o correnti. Ma in futuro, questi campi possono già esistere indipendentemente da tali fonti, provocando l'apparizione l'una dell'altra. Questo è, i campi elettrici e magnetici sono componenti di un singolo campo elettromagnetico. E ogni cambiamento in uno di essi provoca la comparsa di un altro. Questa ipotesi costituisce la base della teoria di Maxwell. Il campo elettrico generato dal campo magnetico è vortice. Le sue linee di forza sono chiuse.

Questa teoria è fenomenologica. Ciò significa che si basa su ipotesi e osservazioni e non considera la causa che provoca il verificarsi di campi elettrici e magnetici.

Proprietà del campo elettromagnetico

Il campo elettromagnetico è una combinazione di campi elettrici e magnetici, pertanto, in ogni punto del suo spazio, è descritto da due grandezze principali: l'intensità del campo elettrico E e induzione del campo magnetico IN .

Poiché il campo elettromagnetico è un processo di trasformazione di un campo elettrico in un campo magnetico, e quindi di un campo magnetico in uno elettrico, il suo stato cambia costantemente. Diffondendosi nello spazio e nel tempo, forma onde elettromagnetiche. A seconda della frequenza e della lunghezza, queste onde sono suddivise in onde radio, radiazioni terahertz, radiazioni infrarosse, luce visibile, radiazioni ultraviolette, raggi X e radiazioni gamma.

I vettori di intensità e induzione del campo elettromagnetico sono reciprocamente perpendicolari e il piano in cui giacciono è perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda.

Nella teoria dell'azione a lungo raggio, la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche era considerata infinitamente grande. Tuttavia, Maxwell ha dimostrato che non era così. In una sostanza, le onde elettromagnetiche si propagano a una velocità finita, che dipende dalla permeabilità dielettrica e magnetica della sostanza. Pertanto, la teoria di Maxwell è chiamata teoria a corto raggio.

La teoria di Maxwell fu confermata sperimentalmente nel 1888 dal fisico tedesco Heinrich Rudolf Hertz. Ha dimostrato che le onde elettromagnetiche esistono. Inoltre, misurò la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto, che risultò essere uguale alla velocità della luce.

In forma integrale, questa legge si presenta così:

Legge di Gauss per un campo magnetico

Il flusso di induzione magnetica attraverso una superficie chiusa è zero.

Il significato fisico di questa legge è che non ci sono cariche magnetiche in natura. I poli di un magnete non possono essere separati. Le linee di forza del campo magnetico sono chiuse.

Legge di induzione di Faraday

Un cambiamento nell'induzione magnetica provoca la comparsa di un campo elettrico a vortice.

,

Teorema della circolazione del campo magnetico

Questo teorema descrive le fonti del campo magnetico, così come i campi stessi creati da loro.

La corrente elettrica e il cambiamento nell'induzione elettrica generano un campo magnetico a vortice.

,

,

Eè l'intensità del campo elettrico;

Hè l'intensità del campo magnetico;

IN- induzione magnetica. Questa è una quantità vettoriale che mostra quanto forte il campo magnetico agisce su una carica di q che si muove a una velocità v;

D- induzione elettrica o spostamento elettrico. È una grandezza vettoriale pari alla somma del vettore intensità e del vettore polarizzazione. La polarizzazione è causata dallo spostamento di cariche elettriche sotto l'azione di un campo elettrico esterno rispetto alla loro posizione quando tale campo è assente.

Δ è l'operatore di Nabla. L'azione di questo operatore su un campo specifico è chiamata rotore di questo campo.

Δ x E = rotazione E

ρ - densità di carica elettrica esterna;

J- densità di corrente - un valore che mostra la forza della corrente che scorre attraverso un'area unitaria;

Conè la velocità della luce nel vuoto.

Si chiama la scienza che studia il campo elettromagnetico elettrodinamica. Considera la sua interazione con corpi che hanno una carica elettrica. Tale interazione è chiamata elettromagnetico. L'elettrodinamica classica descrive solo le proprietà continue di un campo elettromagnetico usando le equazioni di Maxwell. La moderna elettrodinamica quantistica ritiene che anche il campo elettromagnetico abbia proprietà discrete (discontinue). E una tale interazione elettromagnetica avviene con l'aiuto di particelle indivisibili-quanti che non hanno massa e carica. Viene chiamato il quanto del campo elettromagnetico fotone .

Il campo elettromagnetico intorno a noi

Un campo elettromagnetico si forma attorno a qualsiasi conduttore con corrente alternata. Le fonti dei campi elettromagnetici sono le linee elettriche, i motori elettrici, i trasformatori, il trasporto elettrico urbano, il trasporto ferroviario, gli elettrodomestici elettrici ed elettronici - televisori, computer, frigoriferi, ferri da stiro, aspirapolvere, telefoni cordless, cellulari, rasoi elettrici - in una parola , tutto ciò che riguarda il consumo o la trasmissione di energia elettrica. Potenti fonti di campi elettromagnetici sono trasmettitori televisivi, antenne di stazioni telefoniche cellulari, stazioni radar, forni a microonde, ecc. E poiché ci sono molti di questi dispositivi intorno a noi, i campi elettromagnetici ci circondano ovunque. Questi campi influenzano ambiente e una persona. Non si può dire che questa influenza sia sempre negativa. I campi elettrici e magnetici esistono da molto tempo intorno a una persona, ma la potenza della loro radiazione qualche decennio fa era centinaia di volte inferiore a quella odierna.

Fino a un certo livello, le radiazioni elettromagnetiche possono essere sicure per l'uomo. Quindi, in medicina, con l'aiuto di radiazioni elettromagnetiche a bassa intensità, i tessuti guariscono, eliminano i processi infiammatori e hanno un effetto analgesico. I dispositivi UHF alleviano gli spasmi della muscolatura liscia dell'intestino e dello stomaco, migliorano i processi metabolici nelle cellule del corpo, riducono il tono dei capillari e abbassano la pressione sanguigna.

Ma i forti campi elettromagnetici causano malfunzionamenti del sistema cardiovascolare, immunitario, endocrino e sistemi nervosi una persona può causare insonnia, mal di testa, stress. Il pericolo è che il loro impatto sia quasi impercettibile per l'uomo e le violazioni avvengano gradualmente.

Come possiamo proteggerci dalle radiazioni elettromagnetiche che ci circondano? È impossibile farlo completamente, quindi è necessario cercare di minimizzarne l'impatto. Prima di tutto, devi disporre gli elettrodomestici in modo tale che siano lontani da quei luoghi in cui siamo più spesso. Ad esempio, non sederti troppo vicino alla TV. Dopotutto, maggiore è la distanza dalla sorgente del campo elettromagnetico, più debole diventa. Molto spesso lasciamo il dispositivo collegato. Ma il campo elettromagnetico scompare solo quando il dispositivo viene scollegato dalla rete elettrica.

La salute umana è influenzata anche dai campi elettromagnetici naturali: la radiazione cosmica, il campo magnetico terrestre.

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.

Imparato nel corso fondamenti teorici ingegneria elettrica, le principali proprietà e metodi per il calcolo dei campi elettromagnetici 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 di 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 accaduto:

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:

O

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

O

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.

Istruzione

Prendi due batterie e collegale con del nastro isolante. Collegare le batterie in modo che le loro estremità siano diverse, ovvero il più è opposto al meno e viceversa. Usa delle graffette per fissare un filo all'estremità di ciascuna batteria. Quindi, posiziona una delle graffette sopra le batterie. Se la graffetta non raggiunge il centro di ciascuna, potrebbe essere necessario raddrizzarla alla lunghezza desiderata. Fissa il disegno con del nastro adesivo. Assicurati che le estremità dei fili siano libere e che i bordi della graffetta raggiungano il centro di ciascuna batteria. Collega le batterie dall'alto, fai lo stesso dall'altra parte.

Prendi il filo di rame. Lascia dritti circa 15 centimetri di filo, quindi inizia ad avvolgerlo attorno al vetro. Fai circa 10 giri. Lascia dritto altri 15 centimetri. Collegare uno dei fili dall'alimentatore a una delle estremità libere della bobina di rame risultante. Assicurarsi che i fili siano ben collegati tra loro. Quando è collegato, il circuito dà un magnetico campo. Collegare l'altro filo dell'alimentatore al filo di rame.

A quel punto, quando la corrente scorre attraverso la bobina, posta all'interno sarà magnetizzata. Le graffette si attaccheranno insieme, quindi le parti di un cucchiaio o di una forchetta, i cacciaviti si magnetizzeranno e attireranno altri oggetti metallici mentre la corrente viene applicata alla bobina.

Nota

La bobina potrebbe essere calda. Assicurati che non ci siano sostanze infiammabili nelle vicinanze e fai attenzione a non scottarti la pelle.

Consigli utili

Il metallo più facilmente magnetizzabile è il ferro. Non selezionare alluminio o rame durante il controllo del campo.

Per creare un campo elettromagnetico, è necessario far irradiare la sua sorgente. Allo stesso tempo, deve produrre una combinazione di due campi, elettrico e magnetico, che possono propagarsi nello spazio, dando origine l'uno all'altro. Un campo elettromagnetico può propagarsi nello spazio sotto forma di un'onda elettromagnetica.

Avrai bisogno

• - filo isolato;
• - chiodo;
• - due conduttori;
• - Bobina di Ruhmkorff.

Istruzione

Prendi un filo isolato con bassa resistenza, il rame è il migliore. Avvolgilo su un'anima d'acciaio, andrà bene un normale chiodo lungo 100 mm (trama). Collega il cavo a una fonte di alimentazione, una normale batteria andrà bene. Ci sarà un elettrico campo, che genera una corrente elettrica in esso.

Il movimento direzionale della carica (corrente elettrica) genererà a sua volta un magnetismo campo, che sarà concentrato in un'anima di acciaio, con un filo avvolto attorno ad essa. Il nucleo gira ed è attratto a sé dai ferromagneti (, nichel, cobalto, ecc.). Il risultato campo può essere chiamato elettromagnetico, perché elettrico campo magnetico.

Per ottenere un campo elettromagnetico classico, è necessario che sia quello elettrico e quello magnetico campo cambiato nel tempo, poi quello elettrico campo genererà magnetico e viceversa. Per questo è necessario che le cariche in movimento ricevano accelerazione. Il modo più semplice per farlo è farli oscillare. Pertanto, per ottenere un campo elettromagnetico, è sufficiente prendere un conduttore e inserirlo in una normale rete domestica. Ma sarà così piccolo che non sarà possibile misurarlo con strumenti.

Per ottenere un campo magnetico sufficientemente potente, crea un vibratore Hertz. Per fare ciò, prendi due conduttori diritti identici, fissali in modo che lo spazio tra loro sia di 7 mm. Questo sarà un circuito oscillatorio aperto, con una piccola capacità elettrica. Collegare ciascuno dei conduttori ai morsetti Ruhmkorff (permette di ricevere impulsi alta tensione). Allega lo schema a batteria. Le scariche inizieranno nello spinterometro tra i conduttori e il vibratore stesso diventerà una fonte di un campo elettromagnetico.

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L'introduzione di nuove tecnologie e l'uso diffuso dell'elettricità ha portato all'emergere di campi elettromagnetici artificiali, che molto spesso hanno un effetto dannoso sull'uomo e sull'ambiente. Questi campi fisici sorgono dove ci sono cariche in movimento.

La natura del campo elettromagnetico

Il campo elettromagnetico è tipo speciale questione. Si verifica attorno ai conduttori lungo i quali si muovono le cariche elettriche. Il campo di forza è costituito da due campi indipendenti: magnetico ed elettrico, che non possono esistere isolati l'uno dall'altro. Il campo elettrico, quando sorge e cambia, ne genera invariabilmente uno magnetico.

Una delle prime nature dei campi variabili in metà del diciannovesimo secolo iniziò ad esplorare James Maxwell, a cui spetta il merito di aver creato la teoria del campo elettromagnetico. Lo scienziato ha dimostrato che le cariche elettriche che si muovono con l'accelerazione creano un campo elettrico. Cambiandolo si genera un campo di forze magnetiche.

La fonte di un campo magnetico alternato può essere un magnete, se lo metti in moto, così come una carica elettrica che oscilla o si muove con accelerazione. Se la carica si muove a velocità costante, allora una corrente costante scorre attraverso il conduttore, che è caratterizzato da un campo magnetico costante. Propagandosi nello spazio, il campo elettromagnetico trasporta energia, che dipende dall'entità della corrente nel conduttore e dalla frequenza delle onde emesse.

L'impatto del campo elettromagnetico su una persona

Il livello di tutte le radiazioni elettromagnetiche che vengono create dai sistemi tecnici progettati dall'uomo è molte volte superiore alla radiazione naturale del pianeta. Questo è un effetto termico, che può portare al surriscaldamento dei tessuti corporei e conseguenze irreversibili. Ad esempio, l'uso a lungo termine cellulare, che è una fonte di radiazioni, può portare ad un aumento della temperatura del cervello e del cristallino dell'occhio.

I campi elettromagnetici generati dall'uso di elettrodomestici possono causare neoplasie maligne. In particolare, questo vale per il corpo dei bambini. La presenza a lungo termine di una persona vicino alla fonte delle onde elettromagnetiche riduce l'efficienza del sistema immunitario, porta a malattie del cuore e dei vasi sanguigni.

Certo, è impossibile abbandonare completamente l'uso di mezzi tecnici che sono la fonte di un campo elettromagnetico. Ma puoi applicare le misure preventive più semplici, ad esempio, utilizzare il telefono solo con un auricolare, non lasciare i cavi degli apparecchi nelle prese elettriche dopo aver utilizzato l'apparecchiatura. Nella vita di tutti i giorni si consiglia di utilizzare prolunghe e cavi con schermatura protettiva.