rumah › Enjin › Ensiklopedia Sekolah. Medan elektromagnet

Ensiklopedia Sekolah. Medan elektromagnet

Shmelev V.E., Sbitnev S.A.

"ASAS TEORI KEJURUTERAAN ELEKTRIK"

"TEORI MEDAN ELEKTROMAGNETIK"

Bab 1. Konsep asas teori medan elektromagnet

§ 1.1. Penentuan medan elektromagnet dan kuantiti fiziknya.
Alat matematik bagi teori medan elektromagnet

medan elektromagnet(EMF) ialah sejenis jirim yang mempunyai kesan daya pada zarah bercas dan ditentukan pada semua titik oleh dua pasang kuantiti vektor yang mencirikan dua sisinya - medan elektrik dan magnet.

Medan elektrik- ini adalah komponen EMF, yang dicirikan oleh kesan pada zarah bercas elektrik dengan daya yang berkadar dengan cas zarah dan bebas daripada kelajuannya.

Medan magnet- ini adalah komponen EMF, yang dicirikan oleh kesan pada zarah yang bergerak dengan daya yang berkadar dengan cas zarah dan kelajuannya.

Sifat dan kaedah asas untuk mengira EMF yang dikaji dalam kursus asas teori kejuruteraan elektrik melibatkan kajian kualitatif dan kuantitatif EMF yang terdapat dalam peranti elektrik, radio-elektronik dan bioperubatan. Untuk ini, persamaan elektrodinamik dalam bentuk kamiran dan pembezaan adalah paling sesuai.

Radas matematik bagi teori medan elektromagnet (TEMF) adalah berdasarkan teori medan skalar, analisis vektor dan tensor, serta kalkulus pembezaan dan kamiran.

Soalan kawalan

1. Apakah medan elektromagnet?

2. Apakah yang dipanggil medan elektrik dan magnet?

3. Apakah asas alat matematik bagi teori medan elektromagnet?

§ 1.2. Kuantiti fizik yang mencirikan EMF

Vektor kekuatan medan elektrik pada titik Q dipanggil vektor daya yang bertindak ke atas zarah pegun bercas elektrik yang diletakkan pada satu titik Q jika zarah ini mempunyai cas positif unit.

Menurut definisi ini, daya elektrik yang bertindak pada cas titik q adalah sama dengan:

di mana E diukur dalam V/m.

Medan magnet dicirikan vektor aruhan magnetik. Aruhan magnet pada beberapa titik pemerhatian Q ialah kuantiti vektor, modulusnya sama dengan daya magnet yang bertindak pada zarah bercas yang terletak pada satu titik Q, yang mempunyai cas unit dan bergerak dengan halaju unit, dan vektor daya, halaju, aruhan magnet, dan juga cas zarah memenuhi keadaan

Daya magnet yang bertindak pada konduktor lengkung dengan arus boleh ditentukan oleh formula

Pada konduktor lurus, jika ia berada dalam medan seragam, daya magnet berikut bertindak

Dalam semua formula terkini B - aruhan magnetik, yang diukur dalam tesla (Tl).

1 T ialah aruhan magnetik di mana daya magnet sama dengan 1N bertindak pada konduktor lurus dengan arus 1A jika garis aruhan magnet diarahkan berserenjang dengan konduktor dengan arus, dan jika panjang konduktor ialah 1 m .

Sebagai tambahan kepada kekuatan medan elektrik dan aruhan magnet, kuantiti vektor berikut dipertimbangkan dalam teori medan elektromagnet:

1) aruhan elektrik D (anjakan elektrik), yang diukur dalam C / m 2,

Vektor EMF ialah fungsi ruang dan masa:

di mana Q- titik pemerhatian, t- detik masa.

Jika titik pemerhatian Q berada dalam vakum, maka hubungan berikut berlaku antara pasangan kuantiti vektor yang sepadan

di manakah kebolehtepatan mutlak vakum (pemalar elektrik asas), = 8.85419 * 10 -12;

Kebolehtelapan magnet mutlak vakum (pemalar magnet asas); \u003d 4π * 10 -7.

Soalan kawalan

1. Apakah kekuatan medan elektrik?

2. Apakah yang dipanggil aruhan magnetik?

3. Apakah daya magnet yang bertindak ke atas zarah bercas yang bergerak?

4. Apakah daya magnet yang bertindak ke atas konduktor dengan arus?

5. Apakah kuantiti vektor yang mencirikan medan elektrik?

6. Apakah kuantiti vektor yang mencirikan medan magnet?

§ 1.3. Sumber medan elektromagnet

Sumber EMF ialah cas elektrik, dipol elektrik, cas elektrik bergerak, arus elektrik, dipol magnet.

Konsep cas elektrik dan arus elektrik diberikan dalam kursus fizik. Arus elektrik terdiri daripada tiga jenis:

1. Arus pengaliran.

2. Arus sesaran.

3. Memindahkan arus.

Arus pengaliran- kelajuan laluan cas mudah alih badan konduktif elektrik melalui permukaan tertentu.

Arus berat sebelah- kadar perubahan aliran vektor anjakan elektrik melalui permukaan tertentu.

Pindahkan arus dicirikan oleh ungkapan berikut

di mana v - kelajuan pemindahan jasad melalui permukaan S; n - vektor unit normal ke permukaan; - ketumpatan cas linear badan yang terbang melalui permukaan ke arah normal; ρ ialah ketumpatan isipadu cas elektrik; hlm v - memindahkan ketumpatan arus.

dipol elektrik dipanggil sepasang cas titik + q Dan - q terletak pada jarak yang jauh l antara satu sama lain (Rajah 1).

Titik dipol elektrik dicirikan oleh vektor momen dipol elektrik:

dipol magnet dipanggil litar rata dengan arus elektrik saya. Dipol magnetik dicirikan oleh vektor momen dipol magnet

di mana S ialah vektor luas permukaan rata yang diregangkan di atas litar dengan arus. vektor S diarahkan berserenjang dengan permukaan rata ini, lebih-lebih lagi, jika dilihat dari hujung vektor S , maka pergerakan sepanjang kontur mengikut arah yang bertepatan dengan arah arus akan berlaku mengikut lawan jam. Ini bermakna arah vektor momen magnet dipol adalah berkaitan dengan arah arus mengikut peraturan skru kanan.

Atom dan molekul jirim adalah dipol elektrik dan magnet, jadi setiap titik jenis sebenar dalam EMF boleh dicirikan oleh ketumpatan pukal momen dipol elektrik dan magnet:

P - polarisasi elektrik bahan:

M - kemagnetan bahan:

Polarisasi elektrik jirim ialah kuantiti vektor yang sama dengan ketumpatan pukal momen dipol elektrik pada satu titik jasad sebenar.

Kemagnetan jirim ialah kuantiti vektor yang sama dengan ketumpatan pukal momen dipol magnet pada satu titik jasad sebenar.

anjakan elektrik- ini ialah kuantiti vektor, yang bagi mana-mana titik cerapan, tidak kira sama ada ia berada dalam vakum atau dalam bahan, ditentukan daripada hubungan:

(untuk vakum atau jirim),

(hanya untuk vakum).

Kekuatan medan magnet- kuantiti vektor, yang untuk mana-mana titik cerapan, tidak kira sama ada ia berada dalam vakum atau dalam bahan, ditentukan daripada hubungan:

di mana kekuatan medan magnet diukur dalam A/m.

Sebagai tambahan kepada polarisasi dan kemagnetan, terdapat sumber EMF teragih volum lain:

- ketumpatan cas elektrik pukal ; ,

di mana ketumpatan isipadu cas elektrik diukur dalam C/m 3;

- vektor ketumpatan arus elektrik, yang komponen normalnya adalah sama dengan

Dalam kes yang lebih umum, arus mengalir melalui permukaan terbuka S, adalah sama dengan fluks vektor ketumpatan semasa melalui permukaan ini:

di mana vektor ketumpatan arus elektrik diukur dalam A/m 2 .

Soalan kawalan

1. Apakah sumber medan elektromagnet?

2. Apakah itu arus pengaliran?

3. Apakah itu arus pincang?

4. Apakah arus pemindahan?

5. Apakah yang dimaksudkan dengan dipol elektrik dan momen dipol elektrik?

6. Apakah yang dimaksudkan dengan dipol magnet dan momen dipol magnet?

7. Apakah yang dipanggil polarisasi elektrik dan kemagnetan sesuatu bahan?

8. Apakah yang dipanggil anjakan elektrik?

9. Apakah yang dipanggil kekuatan medan magnet?

10. Apakah ketumpatan cas elektrik isipadu dan ketumpatan arus?

Contoh Aplikasi MATLAB

Tugasan.

Diberi: Litar dengan arus elektrik saya dalam ruang ialah perimeter segi tiga, koordinat Cartesian bagi bucunya diberikan: x 1 , x 2 , x 3 , y 1 , y 2 , y 3 , z 1 , z 2 , z 3 . Di sini subskrip adalah nombor puncak. Pucuk dinomborkan mengikut arah aliran arus elektrik.

Diperlukan gubah fungsi MATLAB yang mengira vektor momen magnet dipol litar. Apabila menyusun fail-m, boleh diandaikan bahawa koordinat spatial diukur dalam meter, dan arus diukur dalam ampere. Organisasi sewenang-wenangnya parameter input dan output dibenarkan.

Penyelesaian

% m_dip_moment - pengiraan momen dipol magnet bagi litar segi tiga dengan arus dalam ruang

%pm = m_dip_moment(tok,nod)

% PARAMETER INPUT

% semasa - arus dalam litar;

% nod - matriks segi empat sama dalam bentuk ." , setiap baris mengandungi koordinat bucu yang sepadan.

% PARAMETER OUTPUT

% pm ialah matriks baris komponen Cartesian bagi vektor momen dipol magnet.

fungsi pm = m_dip_moment(tok,nod);

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

% Dalam pernyataan terakhir, vektor luas segi tiga didarab dengan arus

>> nod=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,nod)

13.442 20.637 -2.9692

DALAM kes ini berlaku P M = (13.442* 1 x + 20.637*1 y - 2.9692*1 z) A * m 2 jika arus dalam litar ialah 1 A.

§ 1.4. Operator pembezaan ruang dalam teori medan elektromagnet

Kecerunan medan skalar Φ( Q) = Φ( x, y, z) dipanggil medan vektor yang ditakrifkan oleh formula:

di mana V 1 - kawasan yang mengandungi titik Q; S 1 - kawasan sempadan permukaan tertutup V 1 , Q 1 - titik kepunyaan permukaan S 1 ; δ - jarak terbesar dari titik Q kepada titik di permukaan S 1 (maks| QQ 1 |).

Perbezaan medan vektor F (Q)=F (x, y, z) dipanggil medan skalar yang ditakrifkan oleh formula:

pemutar(vorteks) medan vektor F (Q)=F (x, y, z) ialah medan vektor yang ditakrifkan oleh formula:

reput F =

Pengendali Nabla ialah pengendali pembezaan vektor, yang dalam koordinat Cartesan ditakrifkan oleh formula:

Mari kita wakili grad, div dan rot melalui pengendali nabla:

Kami menulis operator ini dalam koordinat Cartesian:

; ;

Pengendali Laplace dalam koordinat Cartesian ditakrifkan oleh formula:

Operator pembezaan pesanan kedua:

Teorem kamiran

teorem kecerunan ;

Teorem perbezaan

Teorem pemutar

Dalam teori EMF, satu lagi teorem kamiran juga digunakan:

Soalan kawalan

1. Apakah yang dipanggil kecerunan medan skalar?

2. Apakah yang dipanggil perbezaan medan vektor?

3. Apakah yang dipanggil pemutar medan vektor?

4. Apakah pengendali nabla dan bagaimanakah pengendali pembezaan tertib pertama dinyatakan dari seginya?

5. Apakah teorem kamiran yang sah untuk medan skalar dan vektor?

Contoh Aplikasi MATLAB

Tugasan.

Diberi: Dalam isipadu tetrahedron, medan skalar dan vektor berubah mengikut hukum linear. Koordinat bagi bucu tetrahedron diberikan oleh matriks bentuk [ x 1 , y 1 , z 1 ; x 2 , y 2 , z 2 ; x 3 , y 3 , z 3 ; x 4 , y 4 , z 4 ]. Nilai medan skalar pada bucu diberikan oleh matriks [Ф 1 ; F 2; F 3; F 4]. Komponen Cartesian bagi medan vektor di bucu diberikan oleh matriks [ 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].

takrifkan dalam isipadu tetrahedron, kecerunan medan skalar, serta perbezaan dan lencongan medan vektor. Tulis fungsi MATLAB untuk ini.

Penyelesaian. Di bawah ialah teks fungsi m.

% grad_div_rot - Kira kecerunan, pencapahan dan lencong... dalam isipadu tetrahedron

%=grad_div_rot(nod,skalar,vektor)

% PARAMETER INPUT

% nod - matriks koordinat puncak tetrahedron:

% baris sepadan dengan bucu, lajur - koordinat;

% skalar - matriks kolumnar bagi nilai medan skalar pada bucu;

% vektor - matriks komponen medan vektor di bucu:

% PARAMETER OUTPUT

% gred - matriks baris komponen kecerunan Cartesan medan skalar;

% div - nilai perbezaan medan vektor dalam isipadu tetrahedron;

% reput - matriks baris komponen Cartesan pemutar medan vektor.

% Dalam pengiraan, diandaikan bahawa dalam isipadu tetrahedron

% vektor dan medan skalar berbeza dalam ruang mengikut undang-undang linear.

function =grad_div_rot(nod,skalar,vektor);

a=inv(); % Matriks pekali interpolasi linear

grad=(a(2:end,:)*scalar)."; % Komponen kecerunan medan skalar

div=*vector(:); % Perbezaan medan vektor

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

Contoh menjalankan fungsi m yang dibangunkan:

>> nod=10*rand(4,3)

3.5287 2.0277 1.9881

8.1317 1.9872 0.15274

0.098613 6.0379 7.4679

1.3889 2.7219 4.451

>> skalar=rand(4,1)

>>vektor=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(nod,skalar,vektor)

0.16983 -0.03922 -0.17125

0.91808 0.20057 0.78844

Jika kita mengandaikan bahawa koordinat spatial diukur dalam meter, dan medan vektor dan skalar tidak berdimensi, maka dalam contoh ini ternyata:

gred Ф = (-0.16983* 1 x - 0.03922*1 y - 0.17125*1 z) m -1 ;

div F = -1.0112 m -1;

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

§ 1.5. Undang-undang asas teori medan elektromagnet

Persamaan EMF dalam Bentuk Kamiran

Undang-undang semasa penuh:

atau

Peredaran vektor kekuatan medan magnet sepanjang kontur l adalah sama dengan jumlah arus elektrik yang mengalir melalui permukaan S, diregangkan di atas kontur l, jika arah arus membentuk sistem tangan kanan dengan arah memintas litar.

Hukum aruhan elektromagnet:

di mana E c ialah kekuatan medan elektrik luaran.

EMF aruhan elektromagnet e dan dalam litar l sama dengan kadar perubahan fluks magnet melalui permukaan S, diregangkan di atas kontur l, dan arah kadar perubahan fluks magnet terbentuk dengan arah e dan sistem tangan kiri.

Teorem Gauss dalam bentuk kamiran:

Aliran vektor anjakan elektrik melalui permukaan tertutup S adalah sama dengan jumlah cas elektrik percuma dalam isipadu yang dibatasi oleh permukaan S.

Hukum kesinambungan garis aruhan magnet:

Fluks magnet melalui mana-mana permukaan tertutup adalah sifar.

Aplikasi langsung persamaan dalam bentuk kamiran membolehkan untuk mengira medan elektromagnet yang paling mudah. Untuk mengira medan elektromagnet dalam bentuk yang lebih kompleks, persamaan dalam bentuk pembezaan digunakan. Persamaan ini dipanggil persamaan Maxwell.

Persamaan Maxwell untuk Media Pegun

Persamaan ini mengikuti terus daripada persamaan yang sepadan dalam bentuk kamiran dan daripada takrif matematik bagi operator pembezaan ruang.

Jumlah undang-undang semasa dalam bentuk pembezaan:

Jumlah ketumpatan arus elektrik,

Ketumpatan arus elektrik luaran,

Ketumpatan arus pengaliran,

Ketumpatan arus anjakan: ,

Pindahkan ketumpatan arus: .

Ini bermakna bahawa arus elektrik adalah sumber pusaran medan vektor kekuatan medan magnet.

Hukum aruhan elektromagnet dalam bentuk pembezaan:

Ini bermakna bahawa medan magnet berselang-seli adalah sumber pusaran untuk taburan spatial vektor kekuatan medan elektrik.

Persamaan kesinambungan garis aruhan magnet:

Ini bermakna bahawa medan vektor aruhan magnet tidak mempunyai sumber, i.e. secara semula jadi tidak ada cas magnet (monopol magnet).

Teorem Gauss dalam bentuk pembezaan:

Ini bermakna sumber medan vektor anjakan elektrik adalah cas elektrik.

Untuk memastikan keunikan penyelesaian masalah analisis EMF, adalah perlu untuk menambah persamaan Maxwell dengan persamaan sambungan bahan antara vektor. E Dan D , dan B Dan H .

Hubungan antara vektor medan dan sifat elektrofizik medium

Adalah diketahui bahawa

(1)

Semua dielektrik dipolarisasi oleh medan elektrik. Semua magnet dimagnetkan oleh medan magnet. Sifat dielektrik statik bahan boleh digambarkan sepenuhnya oleh pergantungan fungsi vektor polarisasi P daripada vektor kekuatan medan elektrik E (P =P (E )). Sifat magnet statik bahan boleh diterangkan sepenuhnya oleh pergantungan fungsi vektor kemagnetan M daripada vektor kekuatan medan magnet H (M =M (H )). Dalam kes umum, pergantungan sedemikian adalah samar-samar (histeresis) sifatnya. Ini bermakna vektor polarisasi atau magnetisasi pada titik Q ditentukan bukan sahaja oleh nilai vektor E atau H pada ketika ini, tetapi juga sejarah perubahan dalam vektor E atau H pada ketika ini. Amat sukar untuk menyiasat secara eksperimen dan memodelkan pergantungan ini. Oleh itu, dalam amalan ia sering diandaikan bahawa vektor P Dan E , dan M Dan H adalah kolinear, dan sifat elektrofizik jirim diterangkan oleh fungsi histerisis skalar (| P |=|P |(|E |), |M |=|M |(|H |). Jika ciri histerisis fungsi di atas boleh diabaikan, maka sifat elektrik diterangkan oleh fungsi bernilai tunggal P=P(E), M=M(H).

Dalam banyak kes, fungsi ini boleh dianggap lebih kurang linear, iaitu,

Kemudian, dengan mengambil kira hubungan (1), kita boleh menulis yang berikut

(4)

Oleh itu, kebolehtelapan dielektrik dan magnet relatif bahan:

Kemiringan mutlak sesuatu bahan:

Kebolehtelapan magnet mutlak bahan:

Hubungan (2), (3), (4) mencirikan sifat dielektrik dan magnet bagi bahan tersebut. Sifat konduktif elektrik suatu bahan boleh diterangkan oleh hukum Ohm dalam bentuk pembezaan

di manakah kekonduksian elektrik khusus bahan, diukur dalam S/m.

Dalam kes yang lebih umum, pergantungan antara ketumpatan arus pengaliran dan vektor kekuatan medan elektrik mempunyai watak vektor-histeresis bukan linear.

Tenaga medan elektromagnet

Ketumpatan tenaga isipadu bagi medan elektrik ialah

di mana W e diukur dalam J / m 3.

Ketumpatan tenaga isipadu bagi medan magnet ialah

di mana W m diukur dalam J / m 3.

Ketumpatan tenaga isipadu medan elektromagnet adalah sama dengan

Dalam kes sifat elektrik dan magnet linear jirim, ketumpatan tenaga isipadu EMF adalah sama dengan

Ungkapan ini sah untuk nilai serta-merta tenaga tertentu dan vektor EMF.

Kuasa khusus kehilangan haba daripada arus pengaliran

Kuasa khusus sumber pihak ketiga

Soalan kawalan

1. Bagaimanakah jumlah undang-undang semasa dirumuskan dalam bentuk kamiran?

2. Bagaimanakah hukum aruhan elektromagnet dirumuskan dalam bentuk kamiran?

3. Bagaimanakah teorem Gauss dan hukum kesinambungan fluks magnet dirumuskan dalam bentuk kamiran?

4. Bagaimanakah hukum jumlah arus dirumuskan dalam bentuk pembezaan?

5. Bagaimanakah hukum aruhan elektromagnet dirumuskan dalam bentuk pembezaan?

6. Bagaimanakah teorem Gauss dan hukum kesinambungan garis aruhan magnet dirumuskan dalam bentuk kamiran?

7. Apakah hubungan yang menerangkan sifat elektrik jirim?

8. Bagaimanakah tenaga medan elektromagnet dinyatakan dari segi kuantiti vektor yang menentukannya?

9. Bagaimanakah kuasa spesifik kehilangan haba dan kuasa khusus sumber pihak ketiga ditentukan?

Contoh Aplikasi MATLAB

Tugasan 1.

Diberi: Di dalam isipadu tetrahedron, aruhan magnet dan kemagnetan sesuatu bahan berubah mengikut hukum linear. Koordinat bucu tetrahedron diberikan, nilai vektor aruhan magnetik dan kemagnetan bahan pada bucu juga diberikan.

Kira ketumpatan arus elektrik dalam isipadu tetrahedron, menggunakan fungsi m yang disusun dalam penyelesaian masalah dalam perenggan sebelumnya. Lakukan pengiraan dalam tetingkap arahan MATLAB, dengan mengandaikan bahawa koordinat spatial diukur dalam milimeter, aruhan magnet dalam teslas, kekuatan medan magnet dan kemagnetan adalah dalam kA/m.

Penyelesaian.

Mari kita tetapkan data sumber dalam format yang serasi dengan grad_div_rot m-fungsi:

>> nod=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 % kebolehtelapan magnet vakum mutlak, 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(nod,ones(4,1),B/mu0-M)

0 -3.0358e-017 0

914.2 527.76 -340.67

Dalam contoh ini, vektor jumlah ketumpatan arus dalam isipadu yang dipertimbangkan ternyata sama dengan (-914.2* 1 x + 527.76*1 y - 340.67*1 z) A/mm 2 . Untuk menentukan modulus ketumpatan arus, laksanakan pernyataan berikut:

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

Nilai ketumpatan semasa yang dikira tidak boleh diperolehi dalam media bermagnet tinggi dalam peranti teknikal sebenar. Contoh ini adalah pendidikan semata-mata. Dan sekarang mari kita semak ketepatan menetapkan pengedaran aruhan magnet dalam isipadu tetrahedron. Untuk melakukan ini, laksanakan pernyataan berikut:

>> =grad_div_rot(nod,ones(4,1),B)

0 -3.0358e-017 0

0.38115 0.37114 -0.55567

Di sini kita mendapat nilai div B \u003d -0.34415 T / mm, yang tidak boleh mengikut undang-undang kesinambungan garis aruhan magnet dalam bentuk pembezaan. Daripada ini ia berikutan bahawa pengagihan aruhan magnet dalam isipadu tetrahedron ditetapkan dengan tidak betul.

Tugasan 2.

Biarkan tetrahedron, yang koordinat puncaknya diberikan, berada di udara (unit ukuran ialah meter). Biarkan nilai vektor kekuatan medan elektrik pada bucunya diberikan (unit ukuran - kV/m).

Diperlukan kirakan ketumpatan cas elektrik isipadu di dalam tetrahedron.

Penyelesaian boleh dilakukan dengan cara yang sama:

>> nod=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 % ketelusan vakum mutlak, 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(nod,ones(4,1),E*eps0)

0.076467 0.21709 -0.015323

Dalam contoh ini, ketumpatan cas isipadu ternyata 0.10685 μC/m 3 .

§ 1.6. Syarat sempadan untuk vektor EMF.
Undang-undang pemuliharaan caj. Teorem Umov-Poynting

atau

Ia ditandakan di sini: H 1 - vektor kekuatan medan magnet pada antara muka antara media dalam persekitaran No. 1; H 2 - sama dalam persekitaran No. 2; H 1t- komponen tangen (tangensial) vektor kekuatan medan magnet pada antara muka media dalam medium No. 1; H 2t- sama dalam persekitaran No. 2; E 1 ialah vektor jumlah kekuatan medan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; E 2 - sama dalam persekitaran No. 2; E 1 c - komponen pihak ketiga vektor kekuatan medan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; E 2c - sama dalam persekitaran No. 2; E 1t- komponen tangen vektor kekuatan medan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; E 2t- sama dalam persekitaran No. 2; E 1s t- komponen pihak ketiga tangen bagi vektor kekuatan medan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; E 2t- sama dalam persekitaran No. 2; B 1 - vektor aruhan magnet pada antara muka antara media dalam medium No. 1; B 2 - sama dalam persekitaran No. 2; B 1n- komponen normal vektor aruhan magnet pada antara muka antara media dalam medium No. 1; B 2n- sama dalam persekitaran No. 2; D 1 - vektor anjakan elektrik pada antara muka media dalam medium No 1; D 2 - sama dalam persekitaran No. 2; D 1n- komponen biasa vektor anjakan elektrik pada antara muka media dalam medium No. 1; D 2n- sama dalam persekitaran No. 2; σ ialah ketumpatan permukaan cas elektrik pada antara muka antara media, diukur dalam C/m 2 .

Undang-undang pemuliharaan caj

Jika tiada sumber semasa pihak ketiga, maka

dan dalam kes umum, iaitu, jumlah vektor ketumpatan arus tidak mempunyai sumber, iaitu, jumlah garis arus sentiasa ditutup

Teorem Umov-Poynting

Ketumpatan kuasa isipadu yang digunakan oleh titik bahan dalam EMF adalah sama dengan

Mengikut identiti (1)

Ini ialah persamaan imbangan kuasa untuk isipadu V. Dalam kes umum, mengikut kesamaan (3), kuasa elektromagnet yang dihasilkan oleh sumber di dalam isipadu V, pergi kepada kehilangan haba, kepada pengumpulan tenaga EMF dan kepada sinaran ke dalam ruang sekeliling melalui permukaan tertutup yang mengehadkan isipadu ini.

Kamiran dan dalam kamiran (2) dipanggil vektor Poynting:

di mana P diukur dalam W / m 2.

Vektor ini sama dengan ketumpatan fluks kuasa elektromagnet pada beberapa titik cerapan. Kesamaan (3) ialah ungkapan matematik bagi teorem Umov-Poynting.

Kuasa elektromagnet yang dipancarkan oleh kawasan tersebut V ke dalam ruang sekeliling adalah sama dengan aliran vektor Poynting melalui permukaan tertutup S, kawasan sempadan V.

Soalan kawalan

1. Apakah ungkapan yang menerangkan keadaan sempadan bagi vektor medan elektromagnet pada antara muka media?

2. Bagaimanakah undang-undang pengekalan cas dirumuskan dalam bentuk pembezaan?

3. Bagaimanakah hukum pengekalan cas dirumuskan dalam bentuk kamiran?

4. Apakah ungkapan yang menerangkan keadaan sempadan untuk ketumpatan semasa pada antara muka media?

5. Berapakah ketumpatan isipadu kuasa yang digunakan oleh titik bahan dalam medan elektromagnet?

6. Bagaimanakah persamaan imbangan kuasa elektromagnet ditulis untuk isipadu tertentu?

7. Apakah vektor Poynting?

8. Bagaimanakah teorem Umov-Poynting dirumuskan?

Contoh Aplikasi MATLAB

Tugasan.

Diberi: Terdapat permukaan segi tiga di angkasa. Koordinat puncak ditetapkan. Nilai vektor kekuatan medan elektrik dan magnet pada bucu juga diberikan. Komponen pihak ketiga kekuatan medan elektrik adalah sifar.

Diperlukan hitung kuasa elektromagnet yang melalui permukaan segi tiga ini. Karang fungsi MATLAB yang melakukan pengiraan ini. Apabila mengira, pertimbangkan bahawa vektor normal positif diarahkan sedemikian rupa sehingga jika anda melihat dari hujungnya, maka pergerakan dalam tertib menaik nombor puncak akan berlaku mengikut lawan jam.

Penyelesaian. Di bawah ialah teks fungsi m.

% em_power_tri - pengiraan kuasa elektromagnet yang melaluinya

% permukaan segi tiga dalam ruang

%P=em_power_tri(nod,E,H)

% PARAMETER INPUT

% nod - matriks segi empat sama seperti ." ,

% dalam setiap baris yang mana koordinat bagi puncak yang sepadan ditulis.

% E - matriks komponen vektor kekuatan medan elektrik di bucu:

% Baris sepadan dengan bucu, lajur sepadan dengan komponen Cartesan.

% H - matriks komponen vektor kekuatan medan magnet pada bucu.

% PARAMETER OUTPUT

%P - kuasa elektromagnet yang melalui segi tiga

% Pengiraan menganggap bahawa pada segi tiga

% vektor kekuatan medan berubah dalam ruang mengikut undang-undang linear.

fungsi P=em_power_tri(nod,E,H);

% Kirakan vektor dua luas segi tiga itu

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

P=jumlah(silang(E,(satu(3,3)+mata(3))*H,2))*S."/24;

Contoh menjalankan fungsi m yang dibangunkan:

>> nod=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(nod,E,H)

Jika kita mengandaikan bahawa koordinat spatial diukur dalam meter, vektor kekuatan medan elektrik adalah dalam volt per meter, vektor kekuatan medan magnet adalah dalam ampere per meter, maka dalam contoh ini, kuasa elektromagnet yang melalui segitiga ternyata menjadi 0.18221 W.

elektrik di sekeliling kita

Medan elektromagnet (takrifan daripada TSB)- ini adalah bentuk jirim khas, di mana interaksi antara zarah bercas elektrik dijalankan. Berdasarkan definisi ini, tidak jelas apa yang primer - kewujudan zarah bercas atau kehadiran medan. Mungkin hanya disebabkan oleh kehadiran medan elektromagnet, zarah boleh menerima caj. Sama seperti cerita ayam dan telur. Intinya ialah zarah bercas dan medan elektromagnet tidak dapat dipisahkan antara satu sama lain dan tidak boleh wujud tanpa satu sama lain. Oleh itu, definisi itu tidak memberi anda dan saya peluang untuk memahami intipati fenomena medan elektromagnet dan satu-satunya perkara yang perlu diingat ialah ini bentuk jirim khas! Teori medan elektromagnet telah dibangunkan oleh James Maxwell pada tahun 1865.

Apakah medan elektromagnet? Seseorang boleh membayangkan bahawa kita hidup di Alam Semesta elektromagnet, yang sepenuhnya diserap oleh medan elektromagnet, dan pelbagai zarah dan bahan, bergantung pada struktur dan sifatnya, memperoleh cas positif atau negatif di bawah pengaruh medan elektromagnet, mengumpulnya, atau kekal neutral secara elektrik. Masing-masing medan elektromagnet boleh dibahagikan kepada dua jenis: statik, iaitu, dipancarkan oleh badan bercas (zarah) dan kamiran kepada mereka, dan dinamik, merambat di angkasa, dicabut dari sumber yang memancarkannya. Medan elektromagnet dinamik dalam fizik diwakili sebagai dua gelombang yang saling berserenjang: elektrik (E) dan magnet (H).

Fakta bahawa medan elektrik dijana oleh medan magnet berselang-seli, dan medan magnet - oleh medan elektrik berselang-seli, membawa kepada fakta bahawa medan seli elektrik dan magnet tidak wujud secara berasingan antara satu sama lain. Medan elektromagnet zarah bercas pegun atau bergerak seragam adalah berkaitan secara langsung dengan zarah itu sendiri. Dengan pergerakan dipercepatkan zarah bercas ini, medan elektromagnet "terputus" daripada mereka dan wujud secara bebas dalam bentuk gelombang elektromagnet, tidak hilang dengan penyingkiran sumber.

Sumber medan elektromagnet

Sumber semula jadi (semula jadi) medan elektromagnet

Sumber semula jadi (semula jadi) EMF dibahagikan kepada kumpulan berikut:

medan elektrik dan magnet Bumi;

sinaran radio Matahari dan galaksi (radiasi gelombang mikro kosmik diedarkan secara seragam di Alam Semesta);

elektrik atmosfera;

latar belakang elektromagnet biologi.

Medan magnet bumi. Magnitud medan geomagnet Bumi berbeza-beza di atas permukaan bumi dari 35 µT di khatulistiwa hingga 65 µT berhampiran kutub.

Medan elektrik bumi diarahkan secara normal ke permukaan bumi, yang bercas negatif berkenaan dengan lapisan atas suasana. Kekuatan medan elektrik berhampiran permukaan bumi ialah 120…130 V/m dan berkurangan secara eksponen dengan ketinggian. Perubahan tahunan dalam EP adalah serupa di seluruh Bumi: keamatan maksimum ialah 150...250 V/m pada Januari-Februari dan minimum ialah 100...120 V/m pada Jun-Julai.

elektrik atmosfera adalah fenomena elektrik di atmosfera bumi. Di udara (pautan) sentiasa ada cas elektrik positif dan negatif - ion yang timbul di bawah pengaruh bahan radioaktif, sinar kosmik dan sinaran ultraungu dari Matahari. Dunia bercas negatif; terdapat perbezaan potensi yang besar antara ia dan atmosfera. Kekuatan medan elektrostatik meningkat secara mendadak semasa ribut petir. Julat frekuensi nyahcas atmosfera terletak antara 100 Hz dan 30 MHz.

sumber luar angkasa termasuk radiasi di luar atmosfera Bumi.

Latar belakang elektromagnet biologi. Objek biologi, seperti badan fizikal lain, pada suhu di atas sifar mutlak memancarkan EMF dalam julat 10 kHz - 100 GHz. Ini disebabkan oleh pergerakan caj yang huru-hara - ion, dalam tubuh manusia. Ketumpatan kuasa sinaran sedemikian pada manusia ialah 10 mW / cm2, yang untuk orang dewasa memberikan jumlah kuasa 100 watt. Badan manusia juga memancarkan EMF pada 300 GHz dengan ketumpatan kuasa kira-kira 0.003 W/m2.

Sumber antropogenik medan elektromagnet

Sumber antropogenik dibahagikan kepada 2 kumpulan:

Sumber sinaran frekuensi rendah (0 - 3 kHz)

Kumpulan ini merangkumi semua sistem untuk pengeluaran, penghantaran dan pengagihan elektrik (talian kuasa, pencawang pengubah, stesen janakuasa, pelbagai sistem kabel), peralatan elektrik dan elektronik rumah dan pejabat, termasuk monitor PC, kenderaan elektrik, pengangkutan kereta api dan infrastrukturnya, serta pengangkutan metro, bas troli dan trem.

Sudah hari ini, medan elektromagnet pada 18-32% wilayah bandar terbentuk akibat lalu lintas kereta. Gelombang elektromagnet yang dihasilkan semasa pergerakan kenderaan mengganggu penerimaan televisyen dan radio, dan juga boleh memberi kesan berbahaya kepada tubuh manusia.

Sumber RF (3 kHz hingga 300 GHz)

Kumpulan ini termasuk pemancar berfungsi - sumber medan elektromagnet untuk tujuan menghantar atau menerima maklumat. Ini adalah pemancar komersial (radio, televisyen), telefon radio (auto-, telefon radio, radio CB, pemancar radio amatur, telefon radio industri), komunikasi radio arah (komunikasi radio satelit, stesen geganti darat), navigasi (trafik udara, perkapalan). , titik radio), pencari (komunikasi udara, perkapalan, pencari trafik, kawalan trafik udara). Ini juga termasuk pelbagai peralatan teknologi menggunakan sinaran gelombang mikro, medan berselang-seli (50 Hz - 1 MHz) dan medan berdenyut, peralatan isi rumah (ketuhar gelombang mikro), cara paparan visual maklumat pada tiub sinar katod (monitor PC, televisyen, dsb.) . Untuk kajian saintifik Dalam bidang perubatan, arus frekuensi ultra tinggi digunakan. Medan elektromagnet yang timbul daripada penggunaan arus tersebut mewakili bahaya pekerjaan tertentu, oleh itu adalah perlu untuk mengambil langkah-langkah untuk melindungi daripada kesannya pada badan.

Sumber teknogenik utama ialah:

set televisyen isi rumah, ketuhar gelombang mikro, telefon radio, dsb. peranti;

loji janakuasa, loji janakuasa dan pencawang pengubah;

rangkaian elektrik dan kabel yang bercabang luas;

radar, stesen pemancar radio dan televisyen, pengulang;

komputer dan monitor video;

talian kuasa atas (TL).

Satu ciri pendedahan dalam keadaan bandar ialah kesan ke atas populasi kedua-dua jumlah latar belakang elektromagnet (parameter integral) dan medan elektromagnet kuat daripada sumber individu (parameter pembezaan).

Apakah medan elektromagnet, bagaimana ia mempengaruhi kesihatan manusia dan mengapa mengukurnya - anda akan belajar dari artikel ini. Terus membiasakan anda dengan pelbagai jenis kedai kami, kami akan memberitahu anda tentang peranti berguna - penunjuk kekuatan medan elektromagnet (EMF). Mereka boleh digunakan dalam perniagaan dan di rumah.

Apakah medan elektromagnet?

Dunia moden tidak dapat difikirkan tanpa perkakas rumah, telefon bimbit, elektrik, trem dan bas troli, televisyen dan komputer. Kami sudah biasa dengan mereka dan tidak fikir sama sekali bahawa mana-mana peranti elektrik mencipta medan elektromagnet di sekelilingnya. Ia tidak kelihatan, tetapi menjejaskan mana-mana organisma hidup, termasuk manusia.

Medan elektromagnet ialah satu bentuk jirim khas yang berlaku apabila zarah bergerak berinteraksi dengan cas elektrik. Medan elektrik dan magnet saling berkaitan antara satu sama lain dan boleh menimbulkan satu sama lain - itulah sebabnya, sebagai peraturan, ia dibicarakan bersama sebagai satu medan elektromagnet.

Sumber utama medan elektromagnet termasuk:

- talian kuasa;
— pencawang pengubah;
– pendawaian elektrik, telekomunikasi, TV dan kabel Internet;
– menara sel, menara radio dan TV, penguat, antena telefon bimbit dan satelit, penghala Wi-Fi;
— komputer, TV, paparan;
- peralatan elektrik rumah;
– ketuhar aruhan dan ketuhar gelombang mikro (MW);
- pengangkutan elektrik;
- radar.

Kesan medan elektromagnet pada kesihatan manusia

Medan elektromagnet menjejaskan mana-mana organisma biologi - tumbuhan, serangga, haiwan, manusia. Para saintis yang mengkaji kesan medan elektromagnet pada manusia telah membuat kesimpulan bahawa pendedahan yang berpanjangan dan tetap kepada medan elektromagnet boleh membawa kepada:
- peningkatan keletihan, gangguan tidur, sakit kepala, penurunan tekanan, penurunan kadar jantung;
- gangguan dalam sistem imun, saraf, endokrin, seksual, hormon, kardiovaskular;
- pembangunan penyakit onkologi;
- perkembangan penyakit pusat sistem saraf s;
- tindak balas alahan.

Perlindungan EMI

Terdapat piawaian kebersihan yang menetapkan tahap maksimum kekuatan medan elektromagnet yang dibenarkan bergantung pada masa yang dihabiskan di kawasan berbahaya - untuk premis kediaman, tempat kerja, tempat berhampiran sumber medan yang kuat. Jika tidak mungkin untuk mengurangkan sinaran secara struktur, contohnya, dari talian penghantaran elektromagnet (EMF) atau menara sel, maka arahan perkhidmatan, peralatan perlindungan untuk kakitangan yang bekerja, dan zon akses terhad kuarantin sanitari dibangunkan.

Pelbagai arahan mengawal masa seseorang berada di zon bahaya. Jaring pelindung, filem, kaca, sut yang diperbuat daripada fabrik berlogam berdasarkan gentian polimer boleh mengurangkan keamatan sinaran elektromagnet sebanyak beribu kali ganda. Atas permintaan GOST, zon sinaran EMF dipagari dan dilengkapi dengan tanda amaran "Jangan masuk, ia berbahaya!" dan simbol bahaya elektromagnet.

Perkhidmatan khas dengan bantuan peranti sentiasa memantau tahap keamatan EMF di tempat kerja dan di premis kediaman. Anda boleh menjaga kesihatan anda sendiri dengan membeli peranti mudah alih "Impulse" atau set "Impulse" + penguji nitrat "SOEKS".

Mengapakah kita memerlukan peranti isi rumah untuk mengukur kekuatan medan elektromagnet?

Medan elektromagnet memberi kesan negatif kepada kesihatan manusia, jadi adalah berguna untuk mengetahui tempat yang anda lawati (di rumah, di pejabat, di taman, di garaj) boleh berbahaya. Anda mesti faham bahawa latar belakang elektromagnet yang meningkat boleh dicipta bukan sahaja oleh peralatan elektrik, telefon, televisyen dan komputer anda, tetapi juga oleh pendawaian yang rosak, peralatan elektrik jiran, kemudahan industri yang terletak berdekatan.

Pakar telah mendapati bahawa pendedahan jangka pendek kepada EMF pada seseorang boleh dikatakan tidak berbahaya, tetapi tinggal lama di kawasan dengan latar belakang elektromagnet yang meningkat adalah berbahaya. Ini adalah zon yang boleh dikesan menggunakan peranti jenis "Impuls". Jadi, anda boleh menyemak tempat di mana anda menghabiskan paling banyak masa; taska dan bilik tidur anda; belajar. Instrumen mengandungi nilai yang ditetapkan dokumen normatif supaya anda boleh menilai dengan segera tahap bahaya kepada anda dan orang yang anda sayangi. Ada kemungkinan bahawa selepas peperiksaan, anda memutuskan untuk mengalihkan komputer dari katil, membuang telefon bimbit dengan antena yang diperkuatkan, menukar ketuhar gelombang mikro lama kepada yang baru, menggantikan penebat pintu peti sejuk dengan mod No Frost .

Pada tahun 1860-1865. salah seorang ahli fizik terhebat abad ke-19 James Clerk Maxwell mencipta satu teori medan elektromagnet. Menurut Maxwell, fenomena aruhan elektromagnet dijelaskan seperti berikut. Jika pada satu ketika di angkasa medan magnet berubah mengikut masa, maka medan elektrik juga terbentuk di sana. Sekiranya terdapat konduktor tertutup di medan, maka medan elektrik menyebabkan arus aruhan di dalamnya. Ia mengikuti dari teori Maxwell bahawa proses sebaliknya juga mungkin. Jika di beberapa kawasan ruang medan elektrik berubah mengikut masa, maka medan magnet juga terbentuk di sini.

Oleh itu, sebarang perubahan dari masa ke masa dalam medan magnet menghasilkan medan elektrik yang berubah, dan sebarang perubahan dari masa ke masa dalam medan elektrik menimbulkan medan magnet yang berubah. Ini menjana satu sama lain berselang-seli medan elektrik dan magnet membentuk satu medan elektromagnet.

Sifat gelombang elektromagnet

Keputusan terpenting yang menyusuli daripada teori medan elektromagnet yang dirumuskan oleh Maxwell ialah ramalan kemungkinan wujudnya gelombang elektromagnet. gelombang elektromagnet- perambatan medan elektromagnet dalam ruang dan masa.

Gelombang elektromagnet, tidak seperti gelombang elastik (bunyi), boleh merambat dalam vakum atau sebarang bahan lain.

Gelombang elektromagnet dalam vakum merambat pada kelajuan c=299 792 km/s, iaitu pada kelajuan cahaya.

Dalam jirim, kelajuan gelombang elektromagnet adalah kurang daripada dalam vakum. Hubungan antara panjang gelombang, kelajuan, tempoh dan kekerapan ayunan yang diperoleh untuk gelombang mekanikal juga sah untuk gelombang elektromagnet:

Turun naik vektor ketegangan E dan vektor aruhan magnetik B berlaku dalam satah saling berserenjang dan berserenjang dengan arah perambatan gelombang (vektor halaju).

Gelombang elektromagnet membawa tenaga.

Julat Gelombang Elektromagnet

Sekeliling kita dunia yang kompleks gelombang elektromagnet pelbagai frekuensi: sinaran daripada monitor komputer, telefon bimbit, ketuhar gelombang mikro, televisyen, dll. Pada masa ini, semua gelombang elektromagnet dibahagikan mengikut panjang gelombang kepada enam julat utama.

gelombang radio- ini adalah gelombang elektromagnet (dengan panjang gelombang dari 10,000 m hingga 0.005 m), yang berfungsi untuk menghantar isyarat (maklumat) pada jarak tanpa wayar. Dalam komunikasi radio, gelombang radio dicipta oleh arus frekuensi tinggi yang mengalir dalam antena.

Sinaran elektromagnet dengan panjang gelombang dari 0.005 m hingga 1 mikron, i.e. antara gelombang radio dan cahaya nampak dipanggil sinaran inframerah. Sinaran inframerah dipancarkan oleh mana-mana badan yang dipanaskan. Sumber sinaran inframerah ialah relau, bateri, lampu pijar elektrik. Dengan bantuan peranti khas, sinaran inframerah boleh ditukar kepada cahaya yang boleh dilihat dan imej objek yang dipanaskan boleh diperolehi dalam kegelapan sepenuhnya.

KEPADA cahaya nampak termasuk sinaran dengan panjang gelombang kira-kira 770 nm hingga 380 nm, dari merah ke ungu. Kepentingan bahagian spektrum sinaran elektromagnet ini dalam kehidupan manusia sangat hebat, kerana seseorang menerima hampir semua maklumat tentang dunia di sekelilingnya dengan bantuan penglihatan.

Sinaran elektromagnet yang tidak dapat dilihat oleh mata dengan panjang gelombang lebih pendek daripada ungu dipanggil radiasi ultra ungu. Ia boleh membunuh bakteria patogen.

sinaran x-ray tidak dapat dilihat oleh mata. Ia melepasi tanpa penyerapan yang ketara melalui lapisan ketara bahan yang legap kepada cahaya yang boleh dilihat, yang digunakan untuk mendiagnosis penyakit organ dalaman.

Sinaran gamma dipanggil sinaran elektromagnet yang dipancarkan oleh nukleus teruja dan timbul daripada interaksi zarah asas.

Prinsip komunikasi radio

Litar berayun digunakan sebagai sumber gelombang elektromagnet. Untuk sinaran berkesan, litar "dibuka", i.e. mewujudkan keadaan untuk medan "pergi" ke angkasa. Peranti ini dipanggil litar berayun terbuka - antena.

komunikasi radio dipanggil penghantaran maklumat menggunakan gelombang elektromagnet, yang frekuensinya berada dalam julat dari hingga Hz.

Radar (radar)

Peranti yang menghantar gelombang ultrashort dan segera menerimanya. Sinaran dilakukan oleh denyutan pendek. Denyutan dipantulkan dari objek, membenarkan, selepas menerima dan memproses isyarat, untuk menetapkan jarak ke objek.

Radar kelajuan berfungsi pada prinsip yang sama. Fikirkan bagaimana radar menentukan kelajuan kereta yang sedang bergerak.

1. Pengenalan. Subjek kajian dalam valeologi.

3. Sumber utama medan elektromagnet.

5. Kaedah untuk melindungi kesihatan orang ramai daripada pendedahan elektromagnet.

6. Senarai bahan dan literatur terpakai.

1. Pengenalan. Subjek kajian dalam valeologi.

1.1 Pengenalan.

Valeologi - dari lat. "valeo" - "hello" - disiplin saintifik yang mengkaji kesihatan individu seseorang yang sihat. Perbezaan asas antara valeologi dan disiplin lain (khususnya, dari perubatan praktikal) terletak tepat pada pendekatan individu untuk menilai kesihatan setiap subjek tertentu (tanpa mengambil kira data umum dan purata untuk mana-mana kumpulan).

Buat pertama kalinya, valeologi sebagai disiplin saintifik telah didaftarkan secara rasmi pada tahun 1980. Pengasasnya ialah saintis Rusia I. I. Brekhman, yang bekerja di Universiti Negeri Vladivostok.

Pada masa ini, disiplin baru sedang giat berkembang, kerja saintifik terkumpul, dan penyelidikan praktikal sedang giat dijalankan. Secara beransur-ansur, terdapat peralihan daripada status disiplin saintifik kepada status sains bebas.

1.2 Subjek kajian dalam valeologi.

Subjek kajian dalam valeologi adalah kesihatan individu seseorang yang sihat dan faktor-faktor yang mempengaruhinya. Juga, valeologi terlibat dalam sistematisasi gaya hidup sihat, dengan mengambil kira keperibadian subjek tertentu.

Takrifan yang paling biasa bagi konsep "kesihatan" pada masa ini ialah definisi yang dicadangkan oleh pakar Pertubuhan Kesihatan Sedunia (WHO):

Kesihatan ialah keadaan fizikal, mental dan kesejahteraan sosial.

Valeologi moden mengenal pasti ciri-ciri utama kesihatan individu berikut:

1. Kehidupan adalah manifestasi kewujudan jirim yang paling kompleks, yang mengatasi kerumitan pelbagai fizikokimia dan bioreaksi.

2. Homeostasis - keadaan seakan statik bentuk kehidupan, dicirikan oleh kebolehubahan dalam tempoh masa yang agak besar dan statik praktikal - pada masa yang singkat.

3. Adaptasi - harta bentuk kehidupan untuk menyesuaikan diri dengan perubahan keadaan kewujudan dan beban yang berlebihan. Dengan pelanggaran penyesuaian atau perubahan yang terlalu tajam dan radikal dalam keadaan, maladaptasi berlaku - tekanan.

4. Fenotip - gabungan faktor persekitaran yang mempengaruhi perkembangan organisma hidup. Juga, istilah "fenotip" mencirikan keseluruhan ciri-ciri perkembangan dan fisiologi organisma.

5. Genotip - gabungan faktor keturunan yang mempengaruhi perkembangan organisma hidup, iaitu gabungan bahan genetik ibu bapa. Apabila gen yang cacat dihantar dari ibu bapa, patologi keturunan timbul.

6. Gaya hidup - satu set stereotaip tingkah laku dan norma yang mencirikan organisma tertentu.

Kesihatan (seperti yang ditakrifkan oleh WHO).

2. Medan elektromagnet, jenis, ciri dan klasifikasinya.

2.1 Definisi asas. Jenis-jenis medan elektromagnet.

Medan elektromagnet ialah satu bentuk jirim khas yang melaluinya interaksi antara zarah bercas elektrik dijalankan.

Medan elektrik - dicipta oleh cas elektrik dan zarah bercas di angkasa. Rajah menunjukkan gambar garis medan (garisan khayalan yang digunakan untuk menggambarkan medan) medan elektrik untuk dua zarah bercas semasa diam:

Medan magnet - tercipta apabila cas elektrik bergerak melalui konduktor. Corak garis medan untuk konduktor tunggal ditunjukkan dalam rajah:

Sebab fizikal untuk kewujudan medan elektromagnet adalah bahawa medan elektrik yang berubah-ubah masa merangsang medan magnet, dan medan magnet yang berubah-ubah merangsang medan elektrik pusaran. Berubah secara berterusan, kedua-dua komponen menyokong kewujudan medan elektromagnet. Medan zarah pegun atau bergerak seragam adalah berkait rapat dengan pembawa (zarah bercas).

Walau bagaimanapun, dengan pergerakan pembawa yang dipercepatkan, medan elektromagnet "terpisah" daripada mereka dan wujud dalam persekitaran secara bebas, dalam bentuk gelombang elektromagnet, tanpa hilang dengan penyingkiran pembawa (contohnya, gelombang radio tidak hilang. apabila arus hilang (pergerakan pembawa - elektron) dalam antena yang memancarkannya).

2.2 Ciri-ciri asas medan elektromagnet.

Medan elektrik dicirikan oleh kekuatan medan elektrik (nama "E", unit SI - V / m, vektor). Medan magnet dicirikan oleh kekuatan medan magnet (nama "H", dimensi SI - A/m, vektor). Modul (panjang) vektor biasanya diukur.

Gelombang elektromagnet dicirikan oleh panjang gelombang (nama "(", dimensi SI - m), sumber yang memancarkannya - frekuensi (nama - "(", dimensi SI - Hz). Dalam rajah, E ialah vektor kekuatan medan elektrik, H ialah vektor kekuatan medan magnet .

Pada frekuensi 3 - 300 Hz, konsep aruhan magnet juga boleh digunakan sebagai ciri medan magnet (nama "B", dimensi SI - T).

2.3 Pengelasan medan elektromagnet.

Yang paling banyak digunakan ialah klasifikasi medan elektromagnet yang dipanggil "zonal" mengikut tahap keterpencilan dari sumber/pembawa.

Menurut klasifikasi ini, medan elektromagnet dibahagikan kepada zon "dekat" dan "jauh". Zon "berhampiran" (kadangkala dipanggil zon aruhan) memanjang sehingga jarak dari sumber sama dengan 0-3 (, de (- panjang gelombang elektromagnet yang dihasilkan oleh medan. Dalam kes ini, kekuatan medan berkurangan dengan cepat (berkadar dengan segi empat sama atau kubus jarak ke punca).Di zon ini gelombang elektromagnet yang dihasilkan belum terbentuk sepenuhnya.

Zon "jauh" ialah zon gelombang elektromagnet yang terbentuk. Di sini, kekuatan medan berkurangan secara songsang dengan jarak ke sumber. Dalam zon ini, hubungan yang ditentukan secara eksperimen antara kekuatan medan elektrik dan magnet adalah sah:

di mana 377 ialah pemalar, galangan vakum, Ohm.

Gelombang elektromagnet biasanya dikelaskan mengikut frekuensi:

| Sangat rendah, | | Hz | Decamegameter | Mm |

| Sangat rendah, VLF | | Hz | Megameter | Mm |

| Sangat rendah, VLF | KHz | Myriameter | km |

| Frekuensi rendah, bes | | KHz|Kilometer | km |

| Purata, MF | | MHz | Hektometrik | km |

| Tinggi, HF | | MHz | Dekameter | m |

|Sangat tinggi, VHF| MHz|Meter | m |

|Ultra tinggi, UHF| GHz | Desimeter | m |

| Sangat tinggi, gelombang mikro | | GHz | Sentimeter | cm |

| Sangat tinggi, | | GHz|Millimeter | mm |

Biasanya hanya kekuatan medan elektrik E diukur. Pada frekuensi melebihi 300 MHz, ketumpatan fluks tenaga gelombang, atau vektor Poynting, kadangkala diukur (nama "S", unit SI ialah W/m2).

3. Sumber utama medan elektromagnet.

Sumber utama medan elektromagnet ialah:

Talian kuasa.

Pendawaian (dalam bangunan dan struktur).

Peralatan elektrik rumah.

Komputer peribadi.

Stesen pemancar TV dan radio.

Komunikasi satelit dan selular (peranti, pengulang).

Pengangkutan elektrik.

pemasangan radar.

3.1 Talian kuasa (TL).

Wayar talian kuasa yang berfungsi mencipta medan elektromagnet frekuensi industri (50 Hz) di ruang bersebelahan (pada jarak urutan berpuluh-puluh meter dari wayar). Selain itu, kekuatan medan berhampiran talian boleh berbeza-beza dalam julat yang luas, bergantung pada beban elektriknya. Piawaian menetapkan sempadan zon perlindungan kebersihan berhampiran talian kuasa (mengikut SN 2971-84):

| Voltan kendalian | 330 dan ke bawah | 500 | 750 | 1150 |

| Saiz | 20 | 30 | 40 | 55 |

(sebenarnya, sempadan zon perlindungan kebersihan ditubuhkan di sepanjang garis sempadan kekuatan medan elektrik maksimum, yang paling jauh dari wayar, sama dengan 1 kV / m).

3.2 Pendawaian.

Pendawaian elektrik termasuk: kabel kuasa untuk membina sistem sokongan hayat, wayar pengagihan kuasa, serta papan cawangan, kotak kuasa dan transformer. Pendawaian elektrik adalah sumber utama medan elektromagnet frekuensi industri di premis kediaman. Dalam kes ini, tahap kekuatan medan elektrik yang dipancarkan oleh sumber selalunya agak rendah (tidak melebihi 500 V/m).

3.3 Peralatan elektrik isi rumah.

Sumber medan elektromagnet adalah semua perkakas rumah yang beroperasi menggunakan arus elektrik. Pada masa yang sama, tahap sinaran berbeza-beza dalam julat terluas, bergantung pada model, peranti peranti dan mod operasi tertentu. Juga, tahap sinaran sangat bergantung pada penggunaan kuasa peranti - semakin tinggi kuasa, semakin tinggi tahap medan elektromagnet semasa operasi peranti. Kekuatan medan elektrik berhampiran perkakas rumah tidak melebihi puluhan V/m.

Jadual di bawah menunjukkan aras maksimum aruhan magnet yang dibenarkan untuk sumber medan magnet yang paling berkuasa di kalangan peralatan elektrik rumah:

| Peranti | Hadkan selang waktu | |

| | nilai aruhan magnetik, μT |

|Pembuat kopi | |

|Mesin basuh | |

| Besi | |

| Pembersih hampagas | |

| Dapur elektrik | |

|Lampu « siang hari» (lampu pendarfluor LTB, | |

| Gerudi elektrik (motor | |

| Kuasa W) | | |

| Pengadun elektrik (motor kuasa | |

| W) | |

| TV | |

| Ketuhar gelombang mikro (aruhan, gelombang mikro) | | |

3.4 Komputer peribadi.

Sumber utama kesan buruk kesihatan bagi pengguna komputer ialah peranti paparan monitor (VOD). Dalam kebanyakan monitor moden, CBO ialah tiub sinar katod. Jadual menyenaraikan kesan kesihatan utama SVR:

| Ergonomik | Faktor pengaruh elektromagnet | |

| | tiub sinar katod medan | |

| Pengurangan ketara dalam kontras | Medan elektromagnet dalam kekerapan | |

| imej dihasilkan semula dalam keadaan | julat MHz. |

| pencahayaan luaran skrin dengan pancaran langsung | | |

| cahaya. | | |

|Pantulan cermin sinaran cahaya daripada | Caj elektrostatik pada permukaan |

| Watak kartun | Sinaran ultraungu (julat |

| pembiakan imej | panjang gelombang nm). |

| (kemas kini berterusan frekuensi tinggi | |

| Sifat diskret imej | Inframerah dan X-ray |

| (pecah bahagi kepada mata). | sinaran mengion. |

Pada masa akan datang, kami akan mempertimbangkan hanya faktor pengaruh medan elektromagnet tiub sinar katod sebagai faktor utama pengaruh SVR terhadap kesihatan.

Selain monitor dan unit sistem, komputer peribadi juga mungkin termasuk sejumlah besar peranti lain (seperti pencetak, pengimbas, penapis rangkaian, dsb.). Semua peranti ini berfungsi dengan penggunaan arus elektrik, yang bermaksud bahawa ia adalah sumber medan elektromagnet. Jadual berikut menunjukkan persekitaran elektromagnet berhampiran komputer (sumbangan monitor tidak diambil kira dalam jadual ini, seperti yang telah dibincangkan sebelum ini):

| Sumber | Julat kekerapan dijana | |

| | medan elektromagnet | |

| Pemasangan unit sistem. | |. |

| Peranti input-output (pencetak, | Hz. |

| pengimbas, pemacu, dll.). | |

| Bekalan kuasa tidak terganggu, |. |

| penapis dan penstabil rangkaian. | | |

Medan elektromagnet komputer peribadi mempunyai komposisi gelombang dan spektrum yang paling kompleks dan sukar untuk diukur dan diukur. Ia mempunyai komponen magnetik, elektrostatik dan sinaran (khususnya, potensi elektrostatik seseorang yang duduk di hadapan monitor boleh berkisar antara -3 hingga +5 V). Memandangkan hakikat bahawa komputer peribadi kini digunakan secara aktif dalam semua cabang aktiviti manusia, kesannya terhadap kesihatan manusia tertakluk kepada kajian dan kawalan yang teliti.

3.5 Stesen pemancar televisyen dan radio.

Sebilangan besar stesen penyiaran radio dan pusat pelbagai gabungan kini terletak di wilayah Rusia.

Stesen dan pusat penghantaran terletak di zon yang ditetapkan khas untuk mereka dan boleh menduduki wilayah yang agak besar (sehingga 1000 ha). Mengikut strukturnya, ia termasuk satu atau lebih bangunan teknikal, di mana pemancar radio terletak, dan medan antena, di mana sehingga beberapa dozen sistem penyuap antena (AFS) terletak. Setiap sistem termasuk antena pemancar dan talian penyuap yang membawa isyarat siaran.

Medan elektromagnet yang dipancarkan oleh antena pusat penyiaran radio mempunyai komposisi spektrum yang kompleks dan taburan kekuatan individu bergantung pada konfigurasi antena, rupa bumi dan seni bina bangunan bersebelahan. Beberapa data purata untuk pelbagai jenis pusat penyiaran radio dibentangkan dalam jadual:

| | medan, V / m. | A / m. | |

| DV - radio | 630 | 1.2 | Ketegangan tertinggi |

| kHz, | | | jarak kurang daripada 1 panjang | |

|500 kW). | | | |

|200 kW). | | | |

| HF - radio | 44 | 0.12 | Pemancar boleh | |

|MHz, | | | Dibina padat | |

|100 kW). | | | |

| MHz, | | | aras bangunan. | |

3.6 Komunikasi satelit dan selular.

3.6.1 Komunikasi satelit.

Sistem komunikasi satelit terdiri daripada stesen pemancar di Bumi dan pengembara - pengulang di orbit. Menghantar stesen komunikasi satelit memancarkan pancaran gelombang terarah sempit, ketumpatan fluks tenaga yang mencecah ratusan W/m. Sistem komunikasi satelit mencipta kekuatan medan elektromagnet yang tinggi pada jarak yang agak jauh dari antena. Sebagai contoh, stesen dengan kuasa 225 kW, beroperasi pada frekuensi 2.38 GHz, menghasilkan ketumpatan fluks tenaga 2.8 W/m2 pada jarak 100 km. Penyerakan tenaga berbanding dengan pancaran utama adalah sangat kecil dan berlaku kebanyakannya di kawasan penempatan langsung antena.

3.6.2 Komunikasi selular.

Radiotelefoni selular kini merupakan salah satu sistem telekomunikasi yang paling intensif membangun. Elemen utama sistem komunikasi selular ialah stesen pangkalan dan telefon radio mudah alih. Stesen pangkalan mengekalkan komunikasi radio dengan peranti mudah alih, akibatnya ia adalah sumber medan elektromagnet. Sistem ini menggunakan prinsip membahagikan kawasan liputan kepada zon, atau dipanggil "sel", dengan jejari km. Jadual berikut membentangkan ciri utama sistem komunikasi selular yang beroperasi di Rusia:

| | | | | Sel. | km. |

|NMT450. | |

| Analog. |5] |5] | | | |

|AMPS. |||100 |0.6 | |

|LEMBAPAN (IS – |||50 |0.2 | |

|136). | | | | | |

|CDMA. |||100 |0.6 | |

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

|GSM - 1800. | |

|Digital. |0] |5] | | | |

Keamatan sinaran stesen pangkalan ditentukan oleh beban, iaitu, kehadiran pemilik telefon bimbit di kawasan perkhidmatan stesen pangkalan tertentu dan keinginan mereka untuk menggunakan telefon untuk perbualan, yang seterusnya, pada asasnya. bergantung pada masa hari, lokasi stesen, hari dalam seminggu dan faktor lain. Pada waktu malam, pemuatan stesen hampir sifar. Keamatan sinaran peranti mudah alih bergantung pada keadaan saluran komunikasi "telefon radio mudah alih - stesen pangkalan" (semakin jauh jarak dari stesen pangkalan, semakin tinggi intensiti sinaran peranti).

3.7 Pengangkutan elektrik.

Pengangkutan elektrik (bas troli, trem, kereta api metro, dll.) ialah sumber medan elektromagnet yang berkuasa dalam julat frekuensi Hz. Pada masa yang sama, dalam kebanyakan kes, motor elektrik daya tarikan bertindak sebagai pemancar utama (untuk bas troli dan trem, pengumpul arus udara bersaing dengan motor elektrik dari segi keamatan medan elektrik yang dipancarkan). Jadual menunjukkan data tentang nilai terukur aruhan magnet untuk beberapa jenis pengangkutan elektrik:

| Mod pengangkutan dan genus | Nilai purata | Nilai maksimum |

| Kereta api pinggir bandar. | 20 | 75 |

| Pengangkutan elektrik dengan | 29 | 110 |

| Pemacu DC | | |

| (kereta elektrik, dsb.). | | |

3.8 Pemasangan radar.

Pemasangan radar dan radar biasanya mempunyai antena jenis pemantul (“pinggan”) dan memancarkan pancaran radio yang diarahkan sempit.

Pergerakan berkala antena di angkasa membawa kepada ketakselanjaran spatial sinaran. Terdapat juga ketakselanjaran sementara sinaran disebabkan oleh operasi kitaran radar untuk sinaran. Mereka beroperasi pada frekuensi dari 500 MHz hingga 15 GHz, tetapi beberapa pemasangan khas boleh beroperasi pada frekuensi sehingga 100 GHz atau lebih. Oleh kerana sifat sinaran yang istimewa, mereka boleh mencipta zon dengan ketumpatan fluks tenaga yang tinggi (100 W/m2 atau lebih) di atas tanah.

4. Pengaruh medan elektromagnet terhadap kesihatan manusia individu.

Tubuh manusia sentiasa bertindak balas terhadap medan elektromagnet luaran. Disebabkan oleh komposisi gelombang yang berbeza dan faktor lain, medan elektromagnet pelbagai sumber mempengaruhi kesihatan manusia dengan cara yang berbeza. Oleh itu, dalam bahagian ini, kesan pelbagai sumber terhadap kesihatan akan dipertimbangkan secara berasingan. Walau bagaimanapun, bidang sumber tiruan, yang sangat sumbang dengan latar belakang elektromagnet semula jadi, dalam hampir semua kes mempunyai kesan negatif terhadap kesihatan orang di zon pengaruhnya.

Kajian meluas mengenai pengaruh medan elektromagnet terhadap kesihatan telah dimulakan di negara kita pada tahun 60-an. Telah didapati bahawa sistem saraf manusia adalah sensitif kepada kesan elektromagnet, dan bahawa medan mempunyai apa yang dipanggil kesan maklumat apabila terdedah kepada seseorang pada intensiti di bawah nilai ambang kesan haba (nilai kekuatan medan di mana kesan habanya mula menampakkan diri).

Jadual berikut menyenaraikan aduan yang paling biasa tentang kemerosotan kesihatan orang yang berada dalam zon pengaruh bidang pelbagai sumber. Urutan dan penomboran sumber dalam jadual sepadan dengan urutan dan penomboran mereka yang diterima pakai dalam bahagian 3:

| Sumber | Aduan yang paling biasa. |

| elektromagnet | |

|1. Talian | Pendedahan jangka pendek (berturut-turut beberapa minit) mampu |

| Talian kuasa (talian kuasa). | | membawa kepada tindak balas negatif hanya dalam sangat sensitif | |

| | orang atau pesakit dengan jenis alahan tertentu | |

| | pelbagai patologi sistem kardiovaskular dan saraf | |

| | (disebabkan ketidakseimbangan subsistem peraturan saraf). Apabila |

| | pendedahan berterusan ultra-panjang (kira-kira 10-20 tahun) | |

| | mungkin (mengikut data yang tidak disahkan) pembangunan beberapa | |

| | penyakit onkologi. | |

|2. Dalaman | Pada masa ini, data mengenai aduan kemerosotan | |

| pendawaian elektrik bangunan | kesihatan, berkaitan secara langsung dengan kerja dalaman | |