namai › Variklis › Mokyklinė enciklopedija. Elektromagnetinis laukas

Mokyklinė enciklopedija. Elektromagnetinis laukas

Shmelev V.E., Sbitnev S.A.

„ELEKTROS INŽINERIJOS TEORINIAI PAGRINDAI“

"ELEKTROMAGNETINIO LAUKO TEORIJA"

1 skyrius. Pagrindinės elektromagnetinio lauko teorijos sampratos

§ 1.1. Elektromagnetinio lauko ir jo fizikinių dydžių apibrėžimas.
Elektromagnetinio lauko teorijos matematinis aparatas

Elektromagnetinis laukas(EMF) yra materijos rūšis, kuri veikia įkrautas daleles jėgą ir yra visuose taškuose nulemta dviejų porų vektorinių dydžių, apibūdinančių dvi jo puses - elektrinį ir magnetinį lauką.

Elektrinis laukas- tai EML komponentas, kuriam būdingas poveikis elektrai įkrautai dalelei, kurios jėga yra proporcinga dalelės krūviui ir nepriklauso nuo jos greičio.

Magnetinis laukas yra EML komponentas, pasižymintis poveikiu judančiajai dalelei jėga, proporcinga dalelės krūviui ir jos greičiui.

Elektros inžinerijos teorinių pagrindų metu tiriamos pagrindinės EML savybės ir skaičiavimo metodai apima kokybinį ir kiekybinį EML, aptinkamų elektros, elektroniniuose ir biomedicinos prietaisuose, tyrimą. Tam labiausiai tinka integralinės ir diferencinės formos elektrodinamikos lygtys.

Elektromagnetinio lauko teorijos (TEMF) matematinis aparatas yra pagrįstas skaliarinio lauko teorija, vektorių ir tenzorių analize, taip pat diferencialiniu ir integraliniu skaičiavimu.

Kontroliniai klausimai

1. Kas yra elektromagnetinis laukas?

2. Kas vadinami elektriniais ir magnetiniais laukais?

3. Kuo remiasi elektromagnetinio lauko teorijos matematinis aparatas?

§ 1.2. Fizikiniai dydžiai, apibūdinantys EML

Elektrinio lauko stiprumo vektorius taške K yra jėgos vektorius, veikiantis elektra įkrautą stacionarią dalelę, esančią taške K, jei ši dalelė turi vienetinį teigiamą krūvį.

Pagal šį apibrėžimą taškinį krūvį veikianti elektros jėga q yra lygus:

Kur E matuojamas V/m.

Apibūdinamas magnetinis laukas magnetinės indukcijos vektorius. Magnetinė indukcija tam tikrame stebėjimo taške K yra vektorinis dydis, kurio modulis lygus magnetinei jėgai, veikiančiai taške esančią įkrautą dalelę K, turintis vienetinį krūvį ir judantis vienetiniu greičiu, o jėgos, greičio, magnetinės indukcijos, taip pat dalelės krūvio vektoriai tenkina sąlygą

Magnetinę jėgą, veikiančią lenktą laidininką, nešantį srovę, galima nustatyti pagal formulę

Tiesųjį laidininką, jei jis yra vienodame lauke, veikia tokia magnetinė jėga

Visose naujausiose formulėse B - magnetinė indukcija, kuri matuojama teslomis (T).

1 T yra magnetinė indukcija, kurioje tiesį laidininką, kurio srovė yra 1A, veikia magnetinė jėga, lygi 1 N, jei magnetinės indukcijos linijos nukreiptos statmenai laidininkui su srove ir jei laidininko ilgis lygus 1 m.

Be elektrinio lauko stiprumo ir magnetinės indukcijos, elektromagnetinio lauko teorijoje atsižvelgiama į šiuos vektorinius dydžius:

1) elektrinė indukcija D (elektrinis poslinkis), kuris matuojamas C/m 2,

EMF vektoriai yra erdvės ir laiko funkcijos:

Kur K- stebėjimo vieta, t- laiko momentas.

Jei stebėjimo taškas K yra vakuume, tada tarp atitinkamų vektorinių dydžių porų galioja tokie ryšiai

kur vakuumo absoliuti dielektrinė konstanta (bazinė elektrinė konstanta), =8,85419*10 -12;

Absoliutus magnetinis vakuumo pralaidumas (bazinė magnetinė konstanta); = 4π*10 -7 .

Kontroliniai klausimai

1. Kas yra elektrinio lauko stiprumas?

2. Kaip vadinama magnetinė indukcija?

3. Kokia magnetinė jėga veikia judančią įkrautą dalelę?

4. Kokia magnetinė jėga veikia srovės laidininką?

5. Kokius vektorinius dydžius apibūdina elektrinis laukas?

6. Kokius vektorinius dydžius apibūdina magnetinis laukas?

§ 1.3. Elektromagnetinio lauko šaltiniai

EML šaltiniai yra elektros krūviai, elektros dipoliai, judantys elektros krūviai, elektros srovės, magnetiniai dipoliai.

Fizikos kurse pateikiamos elektros krūvio ir elektros srovės sąvokos. Elektros srovės yra trijų tipų:

1. Laidumo srovės.

2. Poslinkio srovės.

3. Perduoti sroves.

Laidumo srovė- elektrai laidžio kūno judančių krūvių praėjimo per tam tikrą paviršių greitis.

Poslinkio srovė- elektrinio poslinkio vektoriaus srauto per tam tikrą paviršių kitimo greitis.

Perduoti srovę apibūdinama tokia išraiška

Kur v - kūnų judėjimo paviršiumi greitis S; n - vieneto vektorius, normalus paviršiui; - kūnų, skriejančių paviršiumi normalios kryptimi, linijinio krūvio tankis; ρ - elektros krūvio tūrio tankis; ρ v - perdavimo srovės tankis.

Elektrinis dipolis vadinama taškinių krūvių pora + q Ir - q, esantis per atstumą l vienas nuo kito (1 pav.).

Taškinis elektrinis dipolis apibūdinamas elektrinio dipolio momento vektoriumi:

Magnetinis dipolis vadinama plokščia grandine su elektros srove aš. Magnetiniam dipoliui būdingas magnetinio dipolio momento vektorius

Kur S - plokščio paviršiaus, ištempto per srovės laidą, ploto vektorius. Vektorius S nukreiptas statmenai šiam plokščiam paviršiui ir, žiūrint iš vektoriaus galo S , tada judėjimas išilgai kontūro kryptimi, sutampančia su srovės kryptimi, vyks prieš laikrodžio rodyklę. Tai reiškia, kad dipolio magnetinio momento vektoriaus kryptis yra susijusi su srovės kryptimi pagal dešiniojo sraigto taisyklę.

Medžiagos atomai ir molekulės yra elektriniai ir magnetiniai dipoliai, todėl kiekvieną EML medžiagos tipo tašką galima apibūdinti elektrinio ir magnetinio dipolio momento tūriniu tankiu:

P - medžiagos elektrinė poliarizacija:

M - medžiagos įmagnetinimas:

Medžiagos elektrinė poliarizacija yra vektorinis dydis, lygus elektrinio dipolio momento tūriniam tankiui tam tikrame tikro kūno taške.

Medžiagos įmagnetinimas yra vektorinis dydis, lygus magnetinio dipolio momento tūriniam tankiui tam tikrame materialaus kūno taške.

Elektrinis šališkumas yra vektorinis dydis, kuris bet kuriame stebėjimo taške, nepriklausomai nuo to, ar jis yra vakuume, ar medžiagoje, nustatomas iš santykio:

(vakuumui arba medžiagai),

(tik vakuumui).

Magnetinio lauko stiprumas- vektorinis dydis, kuris bet kuriame stebėjimo taške, neatsižvelgiant į tai, ar jis yra vakuume, ar medžiagoje, nustatomas iš santykio:

kur magnetinio lauko stiprumas matuojamas A/m.

Be poliarizacijos ir įmagnetinimo, yra ir kitų tūriniu būdu paskirstytų EML šaltinių:

- tūrinio krūvio tankis ; ,

kur tūrinis krūvio tankis matuojamas C/m3;

- elektros srovės tankio vektorius, kurio normalusis komponentas yra lygus

Apskritai, srovė, tekanti per atvirą paviršių S, yra lygus srovės tankio vektoriaus srautui per šį paviršių:

kur elektros srovės tankio vektorius matuojamas A/m 2.

Kontroliniai klausimai

1. Kokie yra elektromagnetinio lauko šaltiniai?

2. Kas yra laidumo srovė?

3. Kas yra poslinkio srovė?

4. Kas yra perdavimo srovė?

5. Kas yra elektrinis dipolis ir elektrinis dipolio momentas?

6. Kas yra magnetinis dipolis ir magnetinis dipolio momentas?

7. Kas vadinama medžiagos elektrine poliarizacija ir įmagnetinimu?

8. Kas vadinama elektriniu poslinkiu?

9. Kaip vadinamas magnetinio lauko stiprumas?

10. Koks elektros krūvio tūrinis tankis ir srovės tankis?

MATLAB programos pavyzdys

Užduotis.

Duota: Grandinė su elektros srove aš erdvėje reiškia trikampio perimetrą, kurio viršūnių Dekarto koordinatės pateiktos: x 1 , x 2 , x 3 , y 1 , y 2 , y 3 , z 1 , z 2 , z 3. Čia apatiniai indeksai yra viršūnių skaičiai. Viršūnės sunumeruotos elektros srovės tekėjimo kryptimi.

Privaloma sudaryti MATLAB funkciją, kuri apskaičiuoja kilpos dipolio magnetinio momento vektorių. Sudarant m failą galima daryti prielaidą, kad erdvinės koordinatės matuojamos metrais, o srovė – amperais. Leidžiamas savavališkas įvesties ir išvesties parametrų organizavimas.

Sprendimas

% m_dip_moment - trikampės grandinės su srove erdvėje magnetinio dipolio momento apskaičiavimas

% pm = m_dip_moment(tok,mazgai)

% ĮVESTIES PARAMETRAI

% tok - srovė grandinėje;

% mazgai yra "." formos kvadratinė matrica, kurios kiekvienoje eilutėje yra atitinkamos viršūnės koordinatės.

% IŠVESTIES PARAMETRAS

% pm yra magnetinio dipolio momento vektoriaus Dekarto komponentų eilučių matrica.

funkcija pm = m_dip_moment(tok,mazgai);

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

% Paskutiniame sakinyje trikampio ploto vektorius padauginamas iš srovės

>> mazgai=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,mazgai)

13.442 20.637 -2.9692

IN tokiu atvejuįvyko P M = (13,442* 1 x + 20.637*1 y - 2.9692*1 z) A*m 2, jei srovė grandinėje yra 1 A.

§ 1.4. Erdviniai diferencialiniai operatoriai elektromagnetinio lauko teorijoje

Gradientas skaliarinis laukas Φ( K) = Φ( x, y, z) yra vektorinis laukas, apibrėžtas pagal formulę:

Kur V 1 – sritis, kurioje yra taškas K; S 1 - uždaras paviršius, ribojantis plotą V 1 , K 1 – paviršiui priklausantis taškas S 1 ; δ – didžiausias atstumas nuo taško Kį paviršiaus taškus S 1 (maks.| Q Q 1 |).

Divergencija vektorinis laukas F (K)=F (x, y, z) vadinamas skaliariniu lauku, apibrėžtu pagal formulę:

Rotorius(sūkurys) vektoriaus laukas F (K)=F (x, y, z) yra vektorinis laukas, apibrėžtas pagal formulę:

pūti F =

Nabla operatorius yra vektoriaus diferencialinis operatorius, kuris Dekarto koordinatėse apibrėžiamas formule:

Per nabla operatorių pavaizduokime grad, div ir rot:

Parašykime šiuos operatorius Dekarto koordinatėmis:

; ;

Laplaso operatorius Dekarto koordinatėmis apibrėžiamas pagal formulę:

Antros eilės diferencialiniai operatoriai:

Integralinės teoremos

Gradiento teorema ;

Divergencijos teorema

Rotoriaus teorema

EML teorijoje taip pat naudojama dar viena integralioji teorema:

Kontroliniai klausimai

1. Kas vadinama skaliarinio lauko gradientu?

2. Kas vadinama vektorinio lauko divergencija?

3. Kas vadinama vektorinio lauko vingiu?

4. Kas yra nabla operatorius ir kaip juo išreiškiami pirmos eilės diferencialiniai operatoriai?

5. Kokios integralinės teoremos yra teisingos skaliariniams ir vektoriniams laukams?

MATLAB programos pavyzdys

Užduotis.

Duota: Tetraedro tūryje skaliarinis ir vektorinis laukai kinta pagal tiesinį dėsnį. Tetraedro viršūnių koordinatės nurodomos formos [ x 1 , y 1 , z 1 ; x 2 , y 2 , z 2 ; x 3 , y 3 , z 3 ; x 4 , y 4 , z 4]. Skaliarinio lauko reikšmės viršūnėse nurodomos matrica [Ф 1 ; F2; F3; F 4]. Vektoriaus lauko Dekarto komponentai viršūnėse yra nurodyti matrica [ F 1 x, F 1y, F 1z; F 2x, F 2y, F 2z; F 3x, F 3y, F 3z; F 4x, F 4y, F 4z].

Apibrėžkite tetraedro tūryje, skaliarinio lauko gradientas, taip pat vektoriaus lauko divergencija ir garbanos. Tam parašykite MATLAB funkciją.

Sprendimas. Žemiau pateikiamas funkcijos m tekstas.

% grad_div_rot - Apskaičiuokite gradientą, divergenciją ir rotorių... tetraedro tūryje

% =grad_div_rot(mazgai,skaliarinis,vektorius)

% ĮVESTIES PARAMETRAI

% mazgų – tetraedro viršūnių koordinačių matrica:

% eilučių atitinka viršūnes, stulpelius – koordinates;

% skaliarinis - skaliarinio lauko verčių stulpelinė matrica viršūnėse;

% vektorius – vektoriaus lauko komponentų matrica viršūnėse:

% IŠVESTIES PARAMETRAI

% grad - skaliarinio lauko gradiento Dekarto komponentų eilutės matrica;

% div - vektorinio lauko divergencijos reikšmė tetraedro tūryje;

% rot yra vektorinio lauko rotoriaus Dekarto komponentų eilučių matrica.

% Skaičiavimuose daroma prielaida, kad tetraedro tūryje

% vektorių ir skaliariniai laukai skiriasi erdvėje pagal tiesinį dėsnį.

funkcija =grad_div_rot(mazgai,skaliarinis,vektorius);

a=inv(); % Tiesinės interpoliacijos koeficiento matrica

grad=(a(2:end,:)*scalar)."; % skaliarinio lauko gradiento komponentai

div=*vektorius(:); % Vektoriaus lauko divergencija

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

Sukurtos m funkcijos vykdymo pavyzdys:

>> mazgai=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

>> skaliaras=rand(4,1)

>> vektorius=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(mazgai,skaliarinis,vektorius)

0.16983 -0.03922 -0.17125

0.91808 0.20057 0.78844

Jei darysime prielaidą, kad erdvinės koordinatės matuojamos metrais, o vektoriaus ir skaliariniai laukai yra be matmenų, tada šiame pavyzdyje gauname:

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

div F = -1,0112 m -1 ;

pūti F = (-0.91808*1 x + 0.20057*1 y + 0.78844*1 z) m -1 .

§ 1.5. Pagrindiniai elektromagnetinio lauko teorijos dėsniai

EML lygtys integralia forma

Iš viso galiojančio įstatymo:

arba

Magnetinio lauko stiprumo vektoriaus cirkuliacija išilgai kontūro l lygus visai paviršiumi tekančiai elektros srovei S, ištemptas ant kontūro l, jei srovės kryptis sudaro dešiniąją sistemą su grandinės apėjimo kryptimi.

Elektromagnetinės indukcijos dėsnis:

Kur E c – išorinio elektrinio lauko intensyvumas.

EMF elektromagnetinė indukcija e ir grandinėje l lygus magnetinio srauto per paviršių kitimo greičiui S, ištemptas ant kontūro l, o magnetinio srauto kitimo greičio kryptis formuojasi su kryptimi e ir kairiarankių varžtų sistema.

Gauso teorema integralia forma:

Elektrinio poslinkio vektoriaus srautas per uždarą paviršių S lygi laisvųjų elektros krūvių sumai tūryje, kurį riboja paviršius S.

Magnetinės indukcijos linijų tęstinumo dėsnis:

Magnetinis srautas per bet kurį uždarą paviršių yra lygus nuliui.

Tiesioginis lygčių taikymas integralia forma leidžia apskaičiuoti paprasčiausius elektromagnetinius laukus. Sudėtingesnių formų elektromagnetiniams laukams apskaičiuoti naudojamos diferencialinės formos lygtys. Šios lygtys vadinamos Maksvelo lygtimis.

Maksvelo lygtys stacionarioms terpėms

Šios lygtys tiesiogiai išplaukia iš atitinkamų lygčių integralų pavidalu ir iš matematinių erdvinių diferencialinių operatorių apibrėžimų.

Iš viso galiojančių įstatymų skirtinga forma:

Bendras elektros srovės tankis,

Išorinės elektros srovės tankis,

Laidumo srovės tankis,

Poslinkio srovės tankis: ,

Perdavimo srovės tankis: .

Tai reiškia, kad elektros srovė yra magnetinio lauko stiprumo vektorinio lauko sūkurinis šaltinis.

Elektromagnetinės indukcijos diferencine forma dėsnis:

Tai reiškia, kad kintamasis magnetinis laukas yra sūkurio šaltinis elektrinio lauko stiprumo vektoriaus erdviniam pasiskirstymui.

Magnetinės indukcijos linijų tęstinumo lygtis:

Tai reiškia, kad magnetinės indukcijos vektoriaus laukas neturi šaltinių, t.y. Gamtoje magnetinių krūvių (magnetinių monopolių) nėra.

Gauso teorema diferencine forma:

Tai reiškia, kad elektrinio poslinkio vektorinio lauko šaltiniai yra elektros krūviai.

Siekiant užtikrinti EML analizės problemos sprendimo unikalumą, Maksvelo lygtis būtina papildyti medžiaginių jungčių tarp vektorių lygtimis. E Ir D , ir B Ir H .

Lauko vektorių ir terpės elektrinių savybių ryšiai

Yra žinoma, kad

(1)

Visi dielektrikai yra poliarizuoti veikiami elektrinio lauko. Visi magnetai įmagnetinami veikiant magnetiniam laukui. Statines dielektrines medžiagos savybes galima visiškai apibūdinti poliarizacijos vektoriaus funkcine priklausomybe P nuo elektrinio lauko stiprumo vektoriaus E (P =P (E )). Statines magnetines medžiagos savybes galima visiškai apibūdinti įmagnetinimo vektoriaus funkcine priklausomybe M nuo magnetinio lauko stiprumo vektoriaus H (M =M (H )). Bendru atveju tokios priklausomybės yra dviprasmiško (isteretinio) pobūdžio. Tai reiškia, kad poliarizacijos arba įmagnetinimo vektorius taške K lemia ne tik vektoriaus reikšmė E arba H šiuo metu, bet ir vektoriaus pasikeitimo fonas E arba H Šiuo atveju. Labai sunku eksperimentiškai ištirti ir modeliuoti šias priklausomybes. Todėl praktikoje dažnai manoma, kad vektoriai P Ir E , ir M Ir H yra kolinearinės, o medžiagos elektrinės savybės apibūdinamos skaliarinės histerezės funkcijomis (| P |=|P |(|E |), |M |=|M |(|H |). Jei aukščiau minėtų funkcijų histerezės charakteristikų galima nepaisyti, tai elektrinės savybės apibūdinamos vienareikšmiškomis funkcijomis P=P(E), M=M(H).

Daugeliu atvejų šias funkcijas galima apytiksliai laikyti tiesinėmis, t.y.

Tada, atsižvelgdami į santykį (1), galime parašyti taip

(4)

Atitinkamai, santykinis medžiagos dielektrinis ir magnetinis pralaidumas:

Absoliuti medžiagos dielektrinė konstanta:

Absoliutus medžiagos magnetinis pralaidumas:

Ryšiai (2), (3), (4) apibūdina medžiagos dielektrines ir magnetines savybes. Medžiagos elektrai laidžios savybės gali būti apibūdinamos pagal Ohmo dėsnį diferencine forma

kur yra medžiagos savitasis elektrinis laidumas, išmatuotas S/m.

Bendresniu atveju laidumo srovės tankio ir elektrinio lauko stiprumo vektoriaus ryšys turi netiesinį vektoriaus histerezės pobūdį.

Elektromagnetinio lauko energija

Elektrinio lauko tūrinis energijos tankis lygus

Kur W e matuojamas J/m 3.

Magnetinio lauko tūrinis energijos tankis lygus

Kur W m matuojamas J/m 3.

Elektromagnetinio lauko tūrinis energijos tankis lygus

Esant tiesinėms elektrinėms ir magnetinėms medžiagos savybėms, EML tūrinis energijos tankis yra lygus

Ši išraiška galioja momentinėms konkrečios energijos ir EML vektorių vertėms.

Savitoji šilumos nuostolių dėl laidumo srovių galia

Trečiųjų šalių šaltinių galios tankis

Kontroliniai klausimai

1. Kaip suformuluojamas visuminės srovės dėsnis integralia forma?

2. Kaip suformuluojamas elektromagnetinės indukcijos dėsnis integralia forma?

3. Kaip Gauso teorema ir magnetinio srauto tęstinumo dėsnis formuluojami integralia forma?

4. Kaip diferencine forma suformuluota visuminė dabartinė teisė?

5. Kaip elektromagnetinės indukcijos dėsnis formuluojamas diferencine forma?

6. Kaip Gauso teorema ir magnetinės indukcijos linijų tęstinumo dėsnis suformuluoti integralia forma?

7. Kokie ryšiai apibūdina elektrines medžiagos savybes?

8. Kaip elektromagnetinio lauko energija išreiškiama jį lemiančiais vektoriniais dydžiais?

9. Kaip nustatoma šilumos nuostolių savitoji galia ir trečiųjų šalių šaltinių specifinė galia?

MATLAB taikymo pavyzdžiai

1 problema.

Duota: Tetraedro tūrio viduje medžiagos magnetinė indukcija ir įmagnetinimas kinta pagal tiesinį dėsnį. Pateikiamos tetraedro viršūnių koordinatės, taip pat pateiktos medžiagos magnetinės indukcijos ir įmagnetinimo viršūnėse vektorių reikšmės.

Apskaičiuoti elektros srovės tankis tetraedro tūryje, naudojant m funkciją, sudarytą sprendžiant ankstesnėje pastraipoje pateiktą užduotį. Atlikite skaičiavimą MATLAB komandų lange, darydami prielaidą, kad erdvinės koordinatės matuojamos milimetrais, magnetinė indukcija – teslomis, magnetinio lauko stiprumas ir įmagnetinimas – kA/m.

Sprendimas.

Nustatykime pradinius duomenis formatu, suderinamu su m-funkcija grad_div_rot:

>> mazgai=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 % absoliutus vakuumo magnetinis pralaidumas, 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(mazgai,vienetai(4,1),B/mu0-M)

0 -3.0358e-017 0

914.2 527.76 -340.67

Šiame pavyzdyje bendrojo srovės tankio vektorius nagrinėjamame tūryje pasirodė lygus (-914,2* 1 x + 527.76*1 y - 340.67*1 z) A/mm 2 . Norėdami nustatyti srovės tankio modulį, atliekame šį operatorių:

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

Apskaičiuota srovės tankio vertė negali būti gaunama labai įmagnetintoje aplinkoje tikruose techniniuose įrenginiuose. Šis pavyzdys yra grynai edukacinis. Dabar patikrinkime, ar teisingai nurodytas magnetinės indukcijos pasiskirstymas tetraedro tūryje. Norėdami tai padaryti, vykdome šį teiginį:

>> =grad_div_rot(mazgai,vienetai(4,1),B)

0 -3.0358e-017 0

0.38115 0.37114 -0.55567

Čia mes gavome div reikšmę B = -0,34415 T/mm, o tai negali atitikti diferencinės formos magnetinės indukcijos linijų tęstinumo dėsnio. Iš to išplaukia, kad neteisingai nurodytas magnetinės indukcijos pasiskirstymas tetraedro tūryje.

2 problema.

Tegul ore yra tetraedras, kurio viršūnių koordinatės pateiktos (matavimo vienetai – metrai). Pateikiamos elektrinio lauko stiprumo vektoriaus vertės jo viršūnėse (matavimo vienetai - kV/m).

Privaloma apskaičiuokite tūrinį krūvio tankį tetraedro viduje.

Sprendimas galima padaryti panašiai:

>> mazgai=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 % vakuumo absoliuti dielektrinė konstanta, 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(mazgai,vienetai(4,1),E*eps0)

0.076467 0.21709 -0.015323

Šiame pavyzdyje tūrinis krūvio tankis buvo lygus 0,10685 µC/m3.

§ 1.6. EML vektorių ribinės sąlygos.
Krūvio išsaugojimo dėsnis. Umovo-Poyntingo teorema

arba

Čia nurodyta: H 1 - magnetinio lauko stiprumo vektorius sąsajoje tarp terpės terpėje Nr. 1; H 2 - tas pats aplinkoje Nr.2; H 1t- magnetinio lauko stiprumo vektoriaus tangentinė (liestinė) komponentė sąsajoje tarp terpės terpėje Nr. 1; H 2t- tas pats aplinkoje Nr.2; E 1 bendro elektrinio lauko stiprumo vektorius sąsajoje tarp terpės terpėje Nr. 1; E 2 - tas pats aplinkoje Nr.2; E 1 c - trečiosios šalies elektrinio lauko stiprumo vektoriaus komponentas sąsajoje tarp laikmenų terpėje Nr. 1; E 2c - tas pats aplinkoje Nr.2; E 1t- elektrinio lauko stiprumo vektoriaus tangentinė komponentė sąsajoje tarp terpės terpėje Nr. 1; E 2t- tas pats aplinkoje Nr.2; E 1s t- elektrinio lauko stiprumo vektoriaus tangentinis trečiosios šalies komponentas sąsajoje tarp laikmenų terpėje Nr. 1; E 2t- tas pats aplinkoje Nr.2; B 1 - magnetinės indukcijos vektorius sąsajoje tarp terpės terpėje Nr. 1; B 2 - tas pats aplinkoje Nr.2; B 1n- normalus magnetinės indukcijos vektoriaus komponentas sąsajoje tarp terpės terpėje Nr. 1; B 2n- tas pats aplinkoje Nr.2; D 1 - elektrinio poslinkio vektorius sąsajoje tarp terpės terpėje Nr. 1; D 2 - tas pats aplinkoje Nr.2; D 1n- normalus elektrinio poslinkio vektoriaus komponentas sąsajoje tarp terpės terpėje Nr. 1; D 2n- tas pats aplinkoje Nr.2; σ – elektrinio krūvio paviršiaus tankis sąsajoje, matuojamas C/m2.

Krūvio išsaugojimo dėsnis

Jei nėra trečiųjų šalių dabartinių šaltinių, tada

ir bendruoju atveju, t.y., bendras srovės tankio vektorius neturi šaltinių, t.y., visos srovės linijos visada yra uždarytos

Umovo-Poyntingo teorema

Tūrinis galios tankis, sunaudotas EML materialaus taško, yra lygus

Pagal tapatybę (1)

Tai tūrio galios balanso lygtis V. Bendruoju atveju, pagal lygybę (3), elektromagnetinė galia, kurią sukuria tūrio viduje esantys šaltiniai V, eina į šilumos nuostolius, į EML energijos kaupimąsi ir spinduliuotę į supančią erdvę per uždarą paviršių, kuris riboja šį tūrį.

Integralas (2) vadinamas Poyntingo vektoriumi:

Kur P matuojamas W/m2.

Šis vektorius yra lygus elektromagnetinio galios srauto tankiui tam tikrame stebėjimo taške. Lygybė (3) yra Umovo-Poyntingo teoremos matematinė išraiška.

Teritorijos skleidžiama elektromagnetinė galia Vį aplinkinę erdvę yra lygus Poyntingo vektoriaus srautui per uždarą paviršių S, ribojant plotą V.

Kontroliniai klausimai

1. Kokios išraiškos apibūdina ribines sąlygas elektromagnetinio lauko vektoriams sąsajose tarp terpių?

2. Kaip diferencine forma formuluojamas krūvio tvermės dėsnis?

3. Kaip integralia forma formuluojamas krūvio tvermės dėsnis?

4. Kokios išraiškos apibūdina ribines srovės tankio sąlygas sąsajose?

5. Kokį tūrinį galios tankį sunaudoja medžiagos taškas elektromagnetiniame lauke?

6. Kaip parašyta elektromagnetinio galios balanso lygtis tam tikram tūriui?

7. Kas yra Poyntingo vektorius?

8. Kaip suformuluota Umovo-Poyntingo teorema?

MATLAB programos pavyzdys

Užduotis.

Duota: Erdvėje yra trikampis paviršius. Pateikiamos viršūnių koordinatės. Taip pat nurodytos elektrinio ir magnetinio lauko stiprumo vektorių reikšmės viršūnėse. Trečiosios šalies elektrinio lauko stiprumo komponentas yra lygus nuliui.

Privaloma apskaičiuokite elektromagnetinę galią, praeinančią per šį trikampį paviršių. Parašykite MATLAB funkciją, kuri atlieka šį skaičiavimą. Skaičiuodami darykite prielaidą, kad teigiamas normalusis vektorius yra nukreiptas taip, kad žiūrint iš jo galo, judėjimas viršūnių skaičių didėjančia tvarka vyks prieš laikrodžio rodyklę.

Sprendimas. Žemiau pateikiamas funkcijos m tekstas.

% em_power_tri – praeinančios elektromagnetinės galios apskaičiavimas

% trikampio paviršiaus erdvėje

% P=em_power_tri(mazgai,E,H)

% ĮVESTIES PARAMETRAI

% mazgų yra kvadratinė formos matrica,

% kiekvienoje eilutėje, kurios parašytos atitinkamos viršūnės koordinatės.

% E - elektrinio lauko stiprumo vektoriaus komponentų matrica viršūnėse:

% eilučių atitinka viršūnes, stulpelius – Dekarto komponentus.

% H - magnetinio lauko stiprumo vektoriaus komponentų matrica viršūnėse.

% IŠVESTIES PARAMETRAS

% P - elektromagnetinė galia, einanti per trikampį

% Skaičiuojant daroma prielaida, kad ant trikampio

% lauko stiprumo vektoriai kinta erdvėje pagal tiesinį dėsnį.

function P=em_power_tri(mazgai,E,H);

% Apskaičiuokite trikampio dvigubo ploto vektorių

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

P = suma(kryžius(E,(vienetai(3,3)+akis(3))*H,2))*S."/24;

Sukurtos m funkcijos vykdymo pavyzdys:

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

0.90151 0.5462 0.4647

1.4318 0.50954 1.6097

1.7857 1.7312 1.8168

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

0.46379 0.15677 1.6877

0.47863 1.2816 0.3478

0.099509 0.38177 0.34159

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

1.9886 0.62843 1.1831

0.87958 0.73016 0.23949

0.6801 0.78648 0.076258

>> P=em_power_tri(mazgai,E,H)

Jeigu darysime prielaidą, kad erdvinės koordinatės matuojamos metrais, elektrinio lauko stiprumo vektorius – voltais metre, o magnetinio lauko stiprumo vektorius – amperais vienam metrui, tai šiame pavyzdyje per trikampį einanti elektromagnetinė galia yra lygi 0,18221 W. .

Elektra yra visur aplink mus

Elektromagnetinis laukas (apibrėžimas iš TSB)- tai ypatinga materijos forma, per kurią vyksta elektriškai įkrautų dalelių sąveika. Remiantis šiuo apibrėžimu, neaišku, kas yra pirminis – įkrautų dalelių buvimas ar lauko buvimas. Galbūt tik dėl elektromagnetinio lauko buvimo dalelės gali gauti krūvį. Visai kaip istorijoje su vištiena ir kiaušiniu. Esmė ta, kad įkrautos dalelės ir elektromagnetinis laukas yra neatsiejami vienas nuo kito ir negali egzistuoti vienas be kito. Todėl apibrėžimas nesuteikia jums ir man galimybės suprasti elektromagnetinio lauko reiškinio esmės ir vienintelis dalykas, kurį reikia atsiminti, yra tai, kad jis ypatinga materijos forma! Elektromagnetinio lauko teoriją sukūrė Jamesas Maxwellas 1865 m.

Kas yra elektromagnetinis laukas? Galima įsivaizduoti, kad gyvename elektromagnetinėje Visatoje, kuri yra visiškai persmelkta elektromagnetinio lauko, o įvairios dalelės ir medžiagos, priklausomai nuo jų struktūros ir savybių, veikiamos elektromagnetinio lauko, įgyja teigiamą arba neigiamą krūvį, jį kaupia, arba likti elektrai neutralus. Atitinkamai elektromagnetiniai laukai galima suskirstyti į du tipus: statinis, tai yra, skleidžiamas įkrautų kūnų (dalelių) ir neatsiejamas nuo jų, ir dinamiškas, sklindantis erdvėje, atskirtas nuo jį skleidžiančio šaltinio. Dinaminis elektromagnetinis laukas fizikoje vaizduojamas kaip dvi viena kitai statmenos bangos: elektrinė (E) ir magnetinė (H).

Tai, kad elektrinį lauką sukuria kintamasis magnetinis laukas, o magnetinį – kintamasis elektrinis laukas, lemia tai, kad elektriniai ir magnetiniai kintamieji laukai neegzistuoja vienas nuo kito. Nejudančių arba tolygiai judančių įkrautų dalelių elektromagnetinis laukas yra tiesiogiai susijęs su pačiomis dalelėmis. Pagreitėjus šių įkrautų dalelių judėjimui, elektromagnetinis laukas nuo jų „atsiskiria“ ir egzistuoja savarankiškai elektromagnetinių bangų pavidalu, neišnykdamas pašalinus šaltinį.

Elektromagnetinių laukų šaltiniai

Natūralūs (natūralūs) elektromagnetinių laukų šaltiniai

Natūralūs (natūralūs) EML šaltiniai skirstomi į šias grupes:

elektrinis ir magnetinis Žemės laukas;

radijo spinduliuotė iš Saulės ir galaktikų (reliktinė spinduliuotė, tolygiai paskirstyta visoje Visatoje);

atmosferos elektra;

biologinis elektromagnetinis fonas.

Žemės magnetinis laukas.Žemės geomagnetinio lauko dydis svyruoja visame žemės paviršiuje nuo 35 μT ties pusiauju iki 65 μT ties ašigaliais.

Žemės elektrinis laukas paprastai nukreiptas į žemės paviršių, neigiamai įkrautas viršutiniai sluoksniai atmosfera. Elektrinio lauko stipris Žemės paviršiuje yra 120...130 V/m ir didėjant aukščiui mažėja maždaug eksponentiškai. Metiniai EF pokyčiai yra panašaus pobūdžio visoje Žemėje: didžiausias intensyvumas yra 150...250 V/m sausio-vasario mėnesiais ir minimalus 100...120 V/m birželio-liepos mėnesiais.

Atmosferos elektra– Tai elektros reiškiniai žemės atmosferoje. Ore (nuorodoje) visada yra teigiamų ir neigiamų elektros krūvių – jonų, atsirandančių veikiant radioaktyviosioms medžiagoms, kosminiams spinduliams ir ultravioletinei Saulės spinduliuotei. Žemės rutulys yra neigiamai įkrautas; Tarp jo ir atmosferos yra didelis potencialų skirtumas. Perkūnijos metu elektrostatinio lauko stiprumas smarkiai padidėja. Atmosferos išlydžių dažnių diapazonas yra nuo 100 Hz iki 30 MHz.

Nežemiški šaltiniai apima spinduliuotę už Žemės atmosferos ribų.

Biologinis elektromagnetinis fonas. Biologiniai objektai, kaip ir kiti fiziniai kūnai, esant aukštesnei nei absoliutaus nulio temperatūrai, skleidžia EML 10 kHz – 100 GHz diapazone. Tai paaiškinama chaotišku krūvių – jonų judėjimu žmogaus kūne. Tokios spinduliuotės galios tankis žmonėms yra 10 mW/cm2, o tai suaugusiam žmogui suteikia 100 W galią. Žmogaus kūnas taip pat skleidžia EML 300 GHz dažniu, kurio galios tankis yra apie 0,003 W/m2.

Antropogeniniai elektromagnetinių laukų šaltiniai

Antropogeniniai šaltiniai skirstomi į 2 grupes:

Žemo dažnio spinduliuotės šaltiniai (0–3 kHz)

Į šią grupę įeina visos elektros energijos gamybos, perdavimo ir skirstymo sistemos (elektros linijos, transformatorių pastotės, elektrinės, įvairios kabelių sistemos), namų ir biuro elektros ir elektroninė įranga, įskaitant kompiuterių monitorius, elektromobilius, geležinkelio transportą ir jo infrastruktūrą, taip pat metro, troleibusų ir tramvajų transportas.

Jau šiandien elektromagnetinis laukas 18-32% miesto teritorijų susidaro dėl automobilių eismo. Elektromagnetinės bangos, kurias sukuria transporto priemonių eismas, trikdo televizijos ir radijo priėmimą, taip pat gali turėti žalingą poveikį žmogaus organizmui.

Aukšto dažnio spinduliuotės šaltiniai (nuo 3 kHz iki 300 GHz)

Šiai grupei priklauso funkciniai siųstuvai – elektromagnetinių laukų šaltiniai, skirti informacijai perduoti ar priimti. Tai komerciniai siųstuvai (radijas, televizija), radiotelefonai (automobiliai, radiotelefonai, CB radijas, mėgėjiški radijo siųstuvai, pramoniniai radijo telefonai), kryptiniai radijo ryšiai (palydoviniai radijo ryšiai, antžeminės relės stotys), navigacija (oro eismas, laivyba, radijo taškas) , lokatoriai (oro ryšio, siuntimo, transporto lokatoriai, oro transporto kontrolė). Tai taip pat apima įvairią technologinę įrangą, naudojančią mikrobangų spinduliuotę, kintamuosius (50 Hz - 1 MHz) ir impulsinius laukus, buitinę įrangą (mikrobangų krosnelės), vizualaus informacijos atvaizdavimo priemones katodinių spindulių vamzdeliuose (kompiuterių monitoriai, televizoriai ir kt.). Dėl moksliniai tyrimai Medicinoje naudojamos itin aukšto dažnio srovės. Naudojant tokias sroves atsirandantys elektromagnetiniai laukai kelia tam tikrą profesinį pavojų, todėl būtina imtis priemonių apsisaugoti nuo jų poveikio organizmui.

Pagrindiniai technogeniniai šaltiniai yra:

buitiniai televizijos imtuvai, mikrobangų krosnelės, radijo telefonai ir kt. prietaisai;

elektrinės, elektrinės ir transformatorių pastotės;

Plačiai išsišakoję elektros ir kabelių tinklai;

radarai, radijo ir televizijos stotys, kartotuvai;

kompiuteriai ir vaizdo monitoriai;

elektros oro linijos (elektros linijos).

Ekspozicijos miesto sąlygomis ypatumas yra tiek bendro elektromagnetinio fono (integralus parametras), tiek stipraus EML iš atskirų šaltinių (diferencinis parametras) poveikis gyventojams.

Kas yra elektromagnetinis laukas, kaip jis veikia žmogaus sveikatą ir kodėl jį reikia matuoti – sužinosite iš šio straipsnio. Tęsdami supažindinimą su mūsų parduotuvės asortimentu, papasakosime apie naudingus prietaisus – elektromagnetinio lauko stiprumo (EMF) indikatorius. Jie gali būti naudojami tiek įmonėse, tiek namuose.

Kas yra elektromagnetinis laukas?

Šiuolaikinis pasaulis neįsivaizduojamas be buitinės technikos, Mobilieji telefonai, elektra, tramvajai ir troleibusai, televizoriai ir kompiuteriai. Esame prie jų pripratę ir visai negalvojame apie tai, kad koks nors elektros prietaisas aplink save sukuria elektromagnetinį lauką. Jis nematomas, bet veikia visus gyvus organizmus, įskaitant žmones.

Elektromagnetinis laukas yra ypatinga materijos forma, kuri atsiranda judančioms dalelėms sąveikaujant su elektros krūviais. Elektriniai ir magnetiniai laukai yra tarpusavyje susiję ir gali generuoti vienas kitą – todėl paprastai apie juos kartu kalbama kaip apie vieną, elektromagnetinį lauką.

Pagrindiniai elektromagnetinių laukų šaltiniai yra šie:

- elektros laidai;
— transformatorinės pastotės;
— elektros laidai, telekomunikacijos, televizijos ir interneto kabeliai;
— mobiliųjų telefonų bokštai, radijo ir televizijos bokštai, stiprintuvai, antenos mobiliesiems ir palydoviniams telefonams, Wi-Fi maršrutizatoriai;
— kompiuteriai, televizoriai, ekranai;
- buitiniai elektros prietaisai;
- indukcinės ir mikrobangų krosnelės;
- elektrinis transportas;
- radarai.

Elektromagnetinių laukų įtaka žmonių sveikatai

Elektromagnetiniai laukai veikia bet kokius biologinius organizmus – augalus, vabzdžius, gyvūnus, žmones. Mokslininkai, tiriantys EML poveikį žmonėms, padarė išvadą, kad ilgalaikis ir reguliarus elektromagnetinių laukų poveikis gali sukelti:
- padidėjęs nuovargis, miego sutrikimai, galvos skausmai, sumažėjęs kraujospūdis, širdies susitraukimų dažnis;
- imuninės, nervų, endokrininės, reprodukcinės, hormoninės, širdies ir kraujagyslių sistemos sutrikimai;
– plėtra onkologinės ligos;
- centrinių ligų vystymasis nervų sistemos s;
- alerginės reakcijos.

EML apsauga

Yra sanitarinių normų, kurios nustato didžiausius leistinus elektromagnetinio lauko stiprumo lygius, priklausomai nuo laiko, praleisto pavojingoje zonoje – gyvenamosioms patalpoms, darbo vietoms, vietoms šalia stipraus lauko šaltinių. Jei neįmanoma struktūriškai sumažinti spinduliuotės, pavyzdžiui, iš elektromagnetinio perdavimo linijos (EMT) ar ląstelių bokšto, tada rengiamos aptarnavimo instrukcijos, darbo personalo apsaugos priemonės, sanitarinės ribotos prieigos karantino zonos.

Įvairios instrukcijos reglamentuoja, kiek laiko žmogus būna pavojingoje zonoje. Apsauginiai tinkleliai, plėvelės, stiklai, kostiumai iš metalizuoto audinio, kurio pagrindą sudaro polimeriniai pluoštai, gali tūkstančius kartų sumažinti elektromagnetinės spinduliuotės intensyvumą. GOST prašymu EML spinduliuotės zonos yra aptvertos ir aprūpintos įspėjamaisiais ženklais „Neįeiti, pavojinga! ir elektromagnetinio lauko pavojaus ženklas.

Specialiosios tarnybos naudoja instrumentus nuolat stebėti EML intensyvumo lygį darbo vietose ir gyvenamosiose patalpose. Savo sveikata galite pasirūpinti patys, įsigiję nešiojamąjį prietaisą „Impulsas“ arba rinkinį „Impulsas“ + nitratų testeris „SOEKS“.

Kam reikalingi buitiniai elektromagnetinio lauko stiprumo matavimo prietaisai?

Elektromagnetinis laukas neigiamai veikia žmogaus sveikatą, todėl pravartu žinoti, kurios lankomos vietos (namuose, biure, sode, garaže) gali kelti pavojų. Turite suprasti, kad padidėjusį elektromagnetinį foną gali sukurti ne tik Jūsų elektros prietaisai, telefonai, televizoriai ir kompiuteriai, bet ir sugedę laidai, kaimynų elektros prietaisai, šalia esantys pramonės objektai.

Ekspertai nustatė, kad trumpalaikis EML poveikis žmogui yra praktiškai nekenksmingas, tačiau ilgalaikis buvimas aukšto elektromagnetinio fono zonoje yra pavojingas. Tai zonos, kurias galima aptikti naudojant „Impulse“ tipo įrenginius. Tokiu būdu galite patikrinti vietas, kuriose praleidžiate daugiausiai laiko; vaikų darželis ir nuosavas miegamasis; studijuoti. Įrenginyje yra nustatytos vertės norminius dokumentus, todėl galite iš karto įvertinti pavojaus laipsnį jums ir jūsų artimiesiems. Gali būti, kad po apžiūros nuspręsite atitraukti kompiuterį nuo lovos, atsikratyti mobiliojo telefono su sustiprinta antena, pakeisti seną mikrobangų krosnelę nauja, pakeisti šaldytuvo durelių izoliaciją Nr. Šalčio režimas.

1860-1865 metais vienas didžiausių XIX amžiaus fizikų Jamesas Clerkas Maxwellas sukūrė teoriją elektromagnetinis laukas. Maksvelo teigimu, elektromagnetinės indukcijos reiškinys paaiškinamas taip. Jei tam tikrame erdvės taške magnetinis laukas keičiasi laike, tai ten taip pat susidaro elektrinis laukas. Jei lauke yra uždaras laidininkas, tai elektrinis laukas sukelia jame indukuotą srovę. Iš Maksvelo teorijos išplaukia, kad galimas ir atvirkštinis procesas. Jei tam tikroje erdvės srityje elektrinis laukas keičiasi laikui bėgant, tai ten taip pat susidaro magnetinis laukas.

Taigi bet koks magnetinio lauko pasikeitimas laikui bėgant sukelia kintantį elektrinį lauką, o bet koks elektrinio lauko pasikeitimas laikui bėgant sukelia kintantį magnetinį lauką. Šie kintamieji elektriniai ir magnetiniai laukai, generuojantys vienas kitą, sudaro vieną elektromagnetinį lauką.

Elektromagnetinių bangų savybės

Svarbiausias rezultatas, išplaukiantis iš Maksvelo suformuluotos elektromagnetinio lauko teorijos, buvo elektromagnetinių bangų egzistavimo galimybės numatymas. Elektromagnetinė banga- elektromagnetinių laukų sklidimas erdvėje ir laike.

Elektromagnetinės bangos, skirtingai nei elastinės (garso) bangos, gali sklisti vakuume ar bet kurioje kitoje medžiagoje.

Elektromagnetinės bangos vakuume sklinda dideliu greičiu c=299 792 km/s, tai yra šviesos greičiu.

Medžiagoje elektromagnetinės bangos greitis yra mažesnis nei vakuume. Ryšys tarp bangos ilgio, jos greičio, periodo ir mechaninių bangų virpesių dažnio taip pat galioja ir elektromagnetinėms bangoms:

Įtampos vektoriaus svyravimai E ir magnetinės indukcijos vektorius B atsiranda viena kitai statmenose plokštumose ir statmenai bangos sklidimo krypčiai (greičio vektoriui).

Elektromagnetinė banga perduoda energiją.

Elektromagnetinių bangų diapazonas

Aplink mus sudėtingas pasaulisįvairaus dažnio elektromagnetinės bangos: kompiuterių monitorių, mobiliųjų telefonų, mikrobangų krosnelių, televizorių ir kt.. Šiuo metu visos elektromagnetinės bangos pagal bangos ilgį skirstomos į šešis pagrindinius diapazonus.

Radio bangos- tai elektromagnetinės bangos (kurių bangos ilgis nuo 10000 m iki 0,005 m), naudojamos signalams (informacijai) perduoti per atstumą be laidų. Radijo ryšiuose radijo bangas sukuria aukšto dažnio srovės, tekančios antenoje.

Elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis nuo 0,005 m iki 1 mikrono, t.y. yra vadinami tarp radijo bangų diapazono ir matomos šviesos diapazono infraraudonoji spinduliuotė. Infraraudonąją spinduliuotę skleidžia bet koks įkaitęs kūnas. Infraraudonosios spinduliuotės šaltiniai yra viryklės, baterijos ir kaitrinės elektros lempos. Naudojant specialius prietaisus infraraudonąją spinduliuotę galima paversti matoma šviesa, o įkaitusių objektų vaizdus galima gauti visiškoje tamsoje.

KAM matoma šviesa apima spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra maždaug nuo 770 nm iki 380 nm, nuo raudonos iki violetinės. Šios elektromagnetinės spinduliuotės spektro dalies reikšmė žmogaus gyvenime yra nepaprastai didelė, nes žmogus beveik visą informaciją apie jį supantį pasaulį gauna per regėjimą.

Elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis trumpesnis už violetinę, akiai nematoma, vadinama Ultravioletinė radiacija. Jis gali sunaikinti patogenines bakterijas.

Rentgeno spinduliuotė akiai nematomas. Jis prasiskverbia be reikšmingos absorbcijos per reikšmingus matomai šviesai nepralaidžios medžiagos sluoksnius, kurie naudojami vidaus organų ligoms diagnozuoti.

Gama spinduliuotė vadinama elektromagnetine spinduliuote, skleidžiama sužadintų branduolių ir kylančia dėl elementariųjų dalelių sąveikos.

Radijo ryšio principas

Virpesių grandinė naudojama kaip elektromagnetinių bangų šaltinis. Efektyviam spinduliavimui grandinė „atidaroma“, t.y. sudaryti sąlygas laukui „eiti“ į erdvę. Šis prietaisas vadinamas atvira virpesių grandine - antena.

Radijo ryšys yra informacijos perdavimas naudojant elektromagnetines bangas, kurių dažniai yra nuo iki Hz.

Radaras (radaras)

Prietaisas, perduodantis ultratrumpąsias bangas ir iš karto jas priimantis. Radiacija atliekama trumpais impulsais. Impulsai atsispindi nuo objektų, todėl, gavus ir apdorojus signalą, galima nustatyti atstumą iki objekto.

Greičio radaras veikia panašiu principu. Pagalvokite, kaip radaras nustato važiuojančio automobilio greitį.

1. Įvadas. Valeologijos studijų dalykas.

3. Pagrindiniai elektromagnetinio lauko šaltiniai.

5. Žmogaus sveikatos apsaugos nuo elektromagnetinio poveikio būdai.

6. Naudotos medžiagos ir literatūros sąrašas.

1. Įvadas. Valeologijos studijų dalykas.

1.1 Įvadas.

Valeologija – nuo lat. "valeo" - "labas" - mokslinė disciplina, tiriant sveiko žmogaus individualią sveikatą. Esminis skirtumas tarp valeologijos ir kitų disciplinų (ypač nuo praktinės medicinos) yra būtent individualus požiūris į kiekvieno konkretaus dalyko sveikatos įvertinimą (neatsižvelgiant į bendrus ir vidutinius bet kurios grupės duomenis).

Pirmą kartą valeologija kaip mokslo disciplina buvo oficialiai įregistruota 1980 m. Jos įkūrėjas buvo rusų mokslininkas I. I. Brekhmanas, dirbęs Vladivostoko valstybiniame universitete.

Šiuo metu nauja disciplina aktyviai vystosi, kaupiami moksliniai darbai, aktyviai atliekami praktiniai tyrimai. Vyksta laipsniškas perėjimas iš mokslinės disciplinos statuso į savarankiško mokslo statusą.

1.2 Valeologijos studijų dalykas.

Valeologijos studijų dalykas – sveiko žmogaus individuali sveikata ir ją įtakojantys veiksniai. Taip pat valeologija nagrinėja sveikos gyvensenos sisteminimą, atsižvelgiant į konkretaus dalyko individualumą.

Šiuo metu labiausiai paplitęs „sveikatos“ sąvokos apibrėžimas yra Pasaulio sveikatos organizacijos (PSO) ekspertų pasiūlytas apibrėžimas:

Sveikata – tai fizinės, psichinės ir socialinės gerovės būsena.

Šiuolaikinė valeologija nustato šias pagrindines asmens sveikatos ypatybes:

1. Gyvybė yra sudėtingiausia materijos egzistavimo apraiška, kuri savo sudėtingumu pranoksta įvairias fizikines, chemines ir bioreakcijas.

2. Homeostazė – tai kvazistatinė gyvybės formų būsena, kuriai būdingas kintamumas per santykinai ilgus laikotarpius ir praktinis statiškumas trumpais laikotarpiais.

3. Prisitaikymas – gyvybės formų gebėjimas prisitaikyti prie kintančių egzistavimo sąlygų ir perkrovų. Esant adaptacijos sutrikimams ar pernelyg staigiems ir radikaliems sąlygų pasikeitimams, atsiranda netinkamas prisitaikymas – stresas.

4. Fenotipas – aplinkos veiksnių, turinčių įtakos gyvo organizmo vystymuisi, derinys. Be to, terminas „fenotipas“ apibūdina organizmo vystymosi ir fiziologijos ypatybių rinkinį.

5. Genotipas – tai paveldimų veiksnių, turinčių įtakos gyvo organizmo vystymuisi, derinys, esantis tėvų genetinės medžiagos derinys. Kai deformuoti genai perduodami iš tėvų, atsiranda paveldimos patologijos.

6. Gyvenimo būdas – elgesio stereotipų ir normų visuma, apibūdinanti konkretų organizmą.

Sveikata (kaip apibrėžta PSO).

2. Elektromagnetinis laukas, jo rūšys, charakteristikos ir klasifikacija.

2.1 Pagrindiniai apibrėžimai. Elektromagnetinio lauko tipai.

Elektromagnetinis laukas yra ypatinga materijos forma, per kurią vyksta elektriškai įkrautų dalelių sąveika.

Elektrinis laukas – sukurtas elektros krūvių ir įkrautų dalelių erdvėje. Paveikslėlyje parodytas dviejų įkrautų dalelių elektrinio lauko lauko linijų (įsivaizduojamos linijos, naudojamos laukams vizualiai pavaizduoti) vaizdas:

Magnetinis laukas – sukurtas elektros krūviams judant išilgai laidininko. Vieno laidininko lauko linijų paveikslėlis parodytas paveikslėlyje:

Fizinė elektromagnetinio lauko egzistavimo priežastis yra ta, kad laike kintantis elektrinis laukas sužadina magnetinį lauką, o kintantis magnetinis laukas sužadina sūkurinį elektrinį lauką. Nuolat kintantys abu komponentai palaiko elektromagnetinio lauko egzistavimą. Nejudančios arba tolygiai judančios dalelės laukas yra neatsiejamai susijęs su nešikliu (įkrauta dalele).

Tačiau pagreitėjus nešiklių judėjimui, elektromagnetinis laukas nuo jų „nutrūksta“ ir egzistuoja aplinkoje savarankiškai, elektromagnetinės bangos pavidalu, neišnykdamas nuėmus nešiklį (pvz., radijo bangos neišnyksta). kai juos skleidžiančioje antenoje išnyksta srovė (nešėjų – elektronų judėjimas).

2.2 Pagrindinės elektromagnetinio lauko charakteristikos.

Elektrinis laukas apibūdinamas elektrinio lauko stipriu (žymėjimas „E“, SI matmuo – V/m, vektorius). Magnetiniam laukui būdingas magnetinio lauko stiprumas (žymėjimas „H“, SI matmuo – A/m, vektorius). Paprastai matuojamas vektoriaus modulis (ilgis).

Elektromagnetinėms bangoms būdingas bangos ilgis (žymėjimas "(", SI matmuo - m), jų spinduliavimo šaltinis - dažnis (žymėjimas - "(", SI matmuo - Hz). Paveiksle E yra elektrinio lauko stiprumo vektorius, H yra magnetinio lauko stiprumo vektorius .

Esant 3 – 300 Hz dažniams, magnetinio lauko charakteristika gali būti naudojama ir magnetinės indukcijos sąvoka (žymėjimas „B“, SI matmuo - T).

2.3 Elektromagnetinių laukų klasifikacija.

Dažniausiai naudojama vadinamoji „zoninė“ elektromagnetinių laukų klasifikacija pagal atstumo nuo šaltinio/nešiklio laipsnį.

Pagal šią klasifikaciją elektromagnetinis laukas skirstomas į „artimą“ ir „tolimą“ zonas. „Artima“ zona (kartais vadinama indukcijos zona) tęsiasi iki atstumo nuo šaltinio, lygaus 0-3(,de ( - lauko generuojamos elektromagnetinės bangos ilgis. Tokiu atveju lauko stiprumas greitai mažėja () proporcingas atstumo iki šaltinio kvadratui arba kubui).Šioje zonoje generuojama elektromagnetinė banga dar nėra visiškai susiformavusi.

„Tolima“ zona yra susidariusios elektromagnetinės bangos zona. Čia lauko stiprumas mažėja atvirkščiai proporcingai atstumui iki šaltinio. Šioje zonoje galioja eksperimentiškai nustatytas ryšys tarp elektrinio ir magnetinio lauko stiprių:

kur 377 yra pastovi vakuumo banginė varža, Ohm.

Elektromagnetinės bangos paprastai skirstomos pagal dažnį:

| Itin žemas, | Hz | Dekamegametras | Mm |

|Ypač žemas, SLF | Hz | Megametras | Mm |

|Labai žemas, VLF | KHz | Myriametras | km |

|Žemi dažniai, LF| KHz|Kilometras | km |

|Vidutinis, vidutinis | MHz | Hektometras | km |

|Aukštas, HF | MHz | Dekametras | m |

|Labai aukštas, VHF| MHz|Metras | m |

|Ultrahigh, UHF| GHz |Decimetras | m |

|Ypač aukštas, mikrobangų krosnelė | GHz | centimetras | cm |

| Itin aukštas, | GHz|Milimetras | mm |

Dažniausiai matuojamas tik elektrinio lauko stiprumas E. Esant dažniams, viršijantiems 300 MHz, kartais matuojamas bangos energijos srauto tankis arba nukreipimo vektorius (žymėjimas „S“, SI matmuo - W/m2).

3. Pagrindiniai elektromagnetinio lauko šaltiniai.

Galima nustatyti pagrindinius elektromagnetinio lauko šaltinius:

Elektros laidai.

Elektros instaliacija (pastatų ir konstrukcijų viduje).

Buitiniai elektros prietaisai.

Asmeniniai kompiuteriai.

televizijos ir radijo transliavimo stotys.

Palydovinis ir korinis ryšys (prietaisai, kartotuvai).

Elektrinis transportas.

Radarų įrengimas.

3.1 Elektros linijos (PTL).

Veikiančios elektros linijos laidai gretimoje erdvėje (dešimčių metrų atstumu nuo laido) sukuria pramoninio dažnio (50 Hz) elektromagnetinį lauką. Be to, lauko stiprumas šalia linijos gali skirtis plačiose ribose, priklausomai nuo jos elektros apkrovos. Standartai nustato sanitarinių apsaugos zonų prie elektros linijų (pagal SN 2971-84) ribas:

|Darbinė įtampa |330 ir mažesnė |500 |750 |1150 |

|Dydis |20 |30 |40 |55 |

(faktiškai sanitarinės apsaugos zonos ribos nustatomos išilgai didžiausio elektrinio lauko stiprio ribinės linijos, lygios 1 kV/m, toliausiai nuo laidų).

3.2 Elektros laidai.

Elektros instaliacija apima: maitinimo kabelius pastatų gyvybės palaikymo sistemoms, srovės paskirstymo laidus, taip pat skirstomuosius skydus, maitinimo dėžutes ir transformatorius. Elektros instaliacija yra pagrindinis pramoninio dažnio elektromagnetinių laukų šaltinis gyvenamosiose patalpose. Šiuo atveju šaltinio skleidžiamo elektrinio lauko stiprumo lygis dažnai būna santykinai žemas (neviršija 500 V/m).

3.3 Buitiniai elektros prietaisai.

Elektromagnetinių laukų šaltiniai yra visi buitiniai prietaisai, kurie veikia naudojant elektros srovę. Šiuo atveju radiacijos lygis kinta plačiose ribose, priklausomai nuo modelio, įrenginio konstrukcijos ir konkretaus veikimo režimo. Taip pat radiacijos lygis stipriai priklauso nuo įrenginio energijos suvartojimo – kuo didesnė galia, tuo didesnis elektromagnetinio lauko lygis įrenginio veikimo metu. Elektrinio lauko stipris prie buitinių elektrinių prietaisų neviršija dešimčių V/m.

Žemiau esančioje lentelėje pateikiami didžiausi leistini magnetinės indukcijos lygiai galingiausiems buitinių elektros prietaisų magnetinio lauko šaltiniams:

|Įrenginys |Didžiausio leistino intervalas |

| |magnetinės indukcijos reikšmės, µT|

|Kavos virimo aparatas | |

|Skalbimo mašina | |

|Geležis | |

|Dulkių siurblys | |

|Elektrinė viryklė | |

| Lempa " dienos šviesa» (fluorescencinės lempos LTB, | |

| Elektrinis gręžtuvas (elektros variklis | |

| galia W) | |

| Elektrinis maišytuvas (elektrinio variklio galia | |

| W) | |

|TV | |

|Mikrobangų krosnelė (indukcinė, mikrobangų krosnelė) | |

3.4 Asmeniniai kompiuteriai.

Pagrindinis neigiamo poveikio kompiuterio naudotojo sveikatai šaltinis yra monitoriaus vaizdo rodymo priemonė (VDI). Daugumoje šiuolaikinių monitorių CVO yra katodinių spindulių vamzdis. Lentelėje pateikiami pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos SVR sveikatai:

|Ergonominiai |Elektromagnetinio poveikio veiksniai |

| |katodinių spindulių vamzdžio laukai |

| Žymus kontrasto sumažėjimas | Elektromagnetinio lauko dažnis |

| atkurtas vaizdas | MHz diapazone. |

| išorinis ekrano apšvietimas tiesioginiais spinduliais | |

|šviesa. | |

|Veidrodinis atspindysšviesos spinduliai iš |Elektrostatinis krūvis paviršiuje |

|ekrano paviršius (blizgesys). |monitoriaus ekranas. |

|Animacinių filmų personažas |Ultravioletinė spinduliuotė (diapazonas |

|vaizdo atkūrimas |bangos ilgis nm). |

|(didelio dažnio nuolatinis atnaujinimas | |

| Atskiras vaizdo pobūdis | Infraraudonieji ir rentgeno spinduliai |

|(skirstymas į taškus). |jonizuojanti spinduliuotė. |

Ateityje pagrindiniais SVO poveikio sveikatai veiksniais laikysime tik katodinių spindulių vamzdžio elektromagnetinio lauko poveikio veiksnius.

Be monitoriaus ir sistemos bloko, asmeniniame kompiuteryje taip pat gali būti daug kitų įrenginių (pvz., spausdintuvų, skaitytuvų, apsaugos nuo viršįtampių ir kt.). Visi šie įrenginiai veikia naudojant elektros srovę, o tai reiškia, kad jie yra elektromagnetinio lauko šaltiniai. Šioje lentelėje parodyta elektromagnetinė aplinka šalia kompiuterio (į monitoriaus indėlį šioje lentelėje neatsižvelgiama, kaip buvo aptarta anksčiau):

| Šaltinis | Sukurtas dažnių diapazonas |

| |elektromagnetinis laukas |

|Sistemos mazgo surinkimas. |. |

| I/O įrenginiai (spausdintuvai, | Hz. |

|skaitytuvai, diskų įrenginiai ir kt.). | |

|Nepertraukiamo maitinimo šaltiniai, |. |

|linijiniai filtrai ir stabilizatoriai. | |

Asmeninių kompiuterių elektromagnetinis laukas turi labai sudėtingą bangų ir spektrinę sudėtį, todėl jį sunku išmatuoti ir kiekybiškai įvertinti. Jame yra magnetinių, elektrostatinių ir spinduliavimo komponentų (ypač, prieš monitorių sėdinčio žmogaus elektrostatinis potencialas gali svyruoti nuo –3 iki +5 V). Atsižvelgiant į tai, kad asmeniniai kompiuteriai dabar aktyviai naudojami visuose žmogaus veiklos sektoriuose, jų poveikis žmonių sveikatai turi būti kruopščiai ištirtas ir kontroliuojamas.

3.5 Televizijos ir radijo stotys.

Rusijoje šiuo metu yra nemažai radijo transliavimo stočių ir įvairių grandžių centrų.

Perdavimo stotys ir centrai yra specialiai tam skirtose vietose ir gali užimti gana didelius plotus (iki 1000 hektarų). Savo struktūroje jie apima vieną ar kelis techninius pastatus, kuriuose yra radijo siųstuvai, ir antenų laukus, ant kurių yra iki kelių dešimčių antenų tiekimo sistemų (AFS). Kiekvienoje sistemoje yra perdavimo antena ir tiekimo linija, tiekianti transliacijos signalą.

Radijo transliavimo centrų antenų skleidžiamas elektromagnetinis laukas turi sudėtingą spektrinę sudėtį ir individualų stiprumų pasiskirstymą, priklausomai nuo antenų konfigūracijos, reljefo ir gretimų pastatų architektūros. Kai kurie vidutiniai įvairių tipų radijo transliavimo centrų duomenys pateikti lentelėje:

| |laukai, V/m. |A/m. | |

| LW - radijo stotys | 630 | 1,2 | Didžiausia įtampa |

|KHz, | | |atstumai, mažesni nei 1 ilgio |

|500 kW). | | | |

|200 kW). | | | |

| HF radijo stotys | 44 | 0,12 | Siųstuvai gali būti |

|MHz, | | |tankiai užstatyta |

|100 kW). | | | |

| MHz, | | |pastato lygis. |

3.6 Palydovinis ir korinis ryšys.

3.6.1 Palydovinis ryšys.

Palydovinio ryšio sistemas sudaro siųstuvas Žemėje ir keliautojai – kartotuvai orbitoje. Palydovinio ryšio perdavimo stotys skleidžia siaurai nukreiptą bangų spindulį, kurio energijos srauto tankis siekia šimtus W/m. Palydovinės komunikacijos sistemos sukuria didelį elektromagnetinio lauko stiprumą dideliais atstumais nuo antenų. Pavyzdžiui, 225 kW galios stotis, veikianti 2,38 GHz dažniu, 100 km atstumu sukuria 2,8 W/m2 energijos srauto tankį. Energijos išsklaidymas pagrindinio pluošto atžvilgiu yra labai mažas ir dažniausiai atsiranda toje vietoje, kur yra antena.

3.6.2 Korinis ryšys.

Korinio ryšio radiotelefonija šiandien yra viena iš sparčiausiai besivystančių telekomunikacijų sistemų. Pagrindiniai korinio ryšio sistemos elementai yra bazinės stotys ir mobilieji radijo telefonai. Bazinės stotys palaiko radijo ryšį su mobiliaisiais įrenginiais, todėl jos yra elektromagnetinių laukų šaltiniai. Sistema naudoja principą, kad aprėpties sritis padalijama į zonas arba vadinamąsias "ląsteles", kurių spindulys yra km. Žemiau esančioje lentelėje pateikiamos pagrindinės Rusijoje veikiančių korinio ryšio sistemų charakteristikos:

| | | | |Antradienis |km. |

|NMT450. | |

|Analoginis. |5] |5] | | | |

|AMPS. |||100 |0,6 | |

|DRAMS (IS – |||50 |0,2 | |

|136). | | | | | |

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

|GSM – 900. |||40 |0,25 | |

|GSM – 1800. | |

|Skaitmeninis. |0] |5] | | | |

Bazinės stoties spinduliuotės intensyvumą lemia apkrova, tai yra mobiliųjų telefonų savininkų buvimas konkrečios bazinės stoties aptarnavimo zonoje ir jų noras naudoti telefoną pokalbiui, o tai savo ruožtu iš esmės. priklauso nuo paros laiko, stoties vietos, savaitės dienos ir kitų veiksnių. Naktį stoties apkrova beveik lygi nuliui. Mobiliųjų įrenginių spinduliuotės intensyvumas didele dalimi priklauso nuo ryšio kanalo „mobilusis radiotelefonas – bazinė stotis“ būsenos (kuo didesnis atstumas nuo bazinės stoties, tuo didesnis įrenginio spinduliavimo intensyvumas).

3.7 Elektrinis transportas.

Elektrinis transportas (troleibusai, tramvajai, metro traukiniai ir kt.) yra galingas Hz dažnių diapazono elektromagnetinio lauko šaltinis. Šiuo atveju didžiąja dauguma atvejų pagrindinio skleidėjo vaidmenį atlieka traukos elektros variklis (troleibusams ir tramvajams anteniniai pantografai konkuruoja su elektros varikliu pagal skleidžiamo elektrinio lauko intensyvumą). Lentelėje pateikiami duomenys apie išmatuotą kai kurių rūšių elektrinio transporto magnetinės indukcijos vertę:

|Transporto būdas ir tipas |Vidutinė vertė |Didžiausia vertė |

| srovės suvartojimas. |magnetinė indukcija, µT. | Magnetinis dydis |

| | |indukcija, µT. |

|Priemiestiniai elektriniai traukiniai.|20 |75 |

|Elektros transportas su |29 |110 |

|DC pavara | | |

|(elektromobiliai ir kt.). | | |

3.8 Radaro įrenginiai.

Radarai ir radarų įrenginiai dažniausiai turi reflektoriaus tipo antenas („lėkštes“) ir skleidžia siaurai nukreiptą radijo spindulį.

Periodiškas antenos judėjimas erdvėje lemia erdvinį spinduliuotės pertrūkį. Taip pat stebimas laikinas spinduliuotės pertrūkis dėl ciklinio radaro veikimo spinduliuote. Jie veikia nuo 500 MHz iki 15 GHz dažniais, tačiau kai kurie specialūs įrenginiai gali veikti iki 100 GHz ar didesniais dažniais. Dėl ypatingo spinduliuotės pobūdžio jie gali sukurti zonas su dideliu energijos srauto tankiu (100 W/m2 ar daugiau).

4. Elektromagnetinio lauko įtaka individo žmogaus sveikatai.

Žmogaus kūnas visada reaguoja į išorinį elektromagnetinį lauką. Dėl skirtingos bangų sudėties ir kitų veiksnių skirtingų šaltinių elektromagnetinis laukas skirtingai veikia žmonių sveikatą. Dėl to šiame skyriuje atskirai nagrinėsime įvairių šaltinių poveikį sveikatai. Tačiau dirbtinių šaltinių laukas, smarkiai disonuojantis su natūraliu elektromagnetiniu fonu, beveik visais atvejais daro neigiamą poveikį žmonių, esančių jo poveikio zonoje, sveikatai.

Išsamūs elektromagnetinių laukų įtakos sveikatai tyrimai mūsų šalyje pradėti septintajame dešimtmetyje. Nustatyta, kad žmogaus nervų sistema yra jautri elektromagnetiniam poveikiui, o taip pat, kad laukas turi vadinamąjį informacinį poveikį, kai jį veikia žmogus, kurio intensyvumas yra mažesnis už šiluminio efekto slenkstinę vertę (lauko stiprumo dydį, kuriam esant pradeda reikštis jo šiluminis poveikis).

Žemiau esančioje lentelėje pateikiami dažniausiai pasitaikantys skundai dėl pablogėjusios žmonių sveikatos laukuose iš įvairių šaltinių. Šaltinių seka ir numeracija lentelėje atitinka 3 skirsnyje priimtą jų eilę ir numeraciją:

|Šaltinis |Dažniausi skundai. |

|elektromagnetinis | |

|1. Linijos |Trumpalaikis švitinimas (maždaug kelių minučių) gali|

| elektros perdavimo linijos (elektros linijos). |sukelia neigiamą reakciją tik ypač jautriems |

| | žmonės arba pacientai, sergantys tam tikromis alergijos rūšimis |

| | ligos. Ilgalaikis poveikis paprastai sukelia |

| |įvairios širdies ir kraujagyslių bei nervų sistemų patologijos |

| |(dėl nervų reguliavimo posistemio disbalanso). Kada |

| |ypač ilgas (apie 10-20 metų) nuolatinis švitinimas |

| |galimas (nepatikrintais duomenimis) kai kurių |

| |onkologinės ligos. |

|2. Vidaus |Dabartiniai duomenys apie skundus dėl būklės pablogėjimo |