elektromagnetiske felt. Elektromagnetisk felt

Elektromagnetisk felt, en spesiell form for materie. Gjennom elektromagnetisk felt interaksjon mellom ladede partikler finner sted.

Oppførselen til et elektromagnetisk felt studeres av klassisk elektrodynamikk. Det elektromagnetiske feltet er beskrevet av Maxwells ligninger, som forbinder mengdene som karakteriserer feltet med dets kilder, det vil si med ladninger og strømmer fordelt i rommet. Det elektromagnetiske feltet til stasjonære eller jevnt bevegelige ladede partikler er uløselig forbundet med disse partiklene; ettersom partikler beveger seg raskere, "bryter det elektromagnetiske feltet bort" fra dem og eksisterer uavhengig i form av elektromagnetiske bølger.

Det følger av Maxwells ligninger at et vekslende elektrisk felt genererer et magnetisk felt, og et vekslende magnetfelt genererer et elektrisk, så et elektromagnetisk felt kan eksistere i fravær av ladninger. Generering av et elektromagnetisk felt av et vekslende magnetfelt og et magnetisk felt av et vekslende elektrisk fører til at elektriske og magnetiske felt ikke eksisterer separat, uavhengig av hverandre. Derfor er det elektromagnetiske feltet en type materie, bestemt på alle punkter av to vektormengder som karakteriserer dets to komponenter - "elektrisk felt" og "magnetisk felt", og som utøver en kraft på ladede partikler, avhengig av deres hastighet og størrelse av deres ansvar.

Et elektromagnetisk felt i et vakuum, det vil si i en fri tilstand, ikke assosiert med partikler av materie, eksisterer i form av elektromagnetiske bølger, og forplanter seg i et vakuum i fravær av veldig sterke gravitasjonsfelt med en hastighet lik hastigheten av lys c= 2,998. 10 8 m/s. Et slikt felt er preget av styrken til det elektriske feltet E og magnetfeltinduksjon I. For å beskrive det elektromagnetiske feltet i mediet brukes også mengdene elektrisk induksjon D og magnetisk feltstyrke H. I materie, så vel som i nærvær av veldig sterke gravitasjonsfelt, det vil si nær svært store materiemasser, er forplantningshastigheten til det elektromagnetiske feltet mindre enn verdien c.

Komponentene til vektorene som karakteriserer det elektromagnetiske feltet danner, i henhold til relativitetsteorien, en enkelt fysisk mengde - den elektromagnetiske felttensoren, hvis komponenter transformeres når de beveger seg fra en treghetsreferanseramme til en annen i samsvar med Lorentz-transformasjonene .

Et elektromagnetisk felt har energi og momentum. Eksistensen av en elektromagnetisk feltpuls ble først oppdaget eksperimentelt i eksperimentene til P. N. Lebedev med å måle lystrykket i 1899. Et elektromagnetisk felt har alltid energi. Energitettheten til det elektromagnetiske feltet = 1/2 (ED+HH).

Det elektromagnetiske feltet forplanter seg i verdensrommet. Energiflukstettheten til det elektromagnetiske feltet bestemmes av Poynting-vektoren S=, enhet W/m 2 . Retningen til Poynting-vektoren er vinkelrett E Og H og faller sammen med utbredelsesretningen for elektromagnetisk energi. Dens verdi er lik energien som overføres gjennom en enhetsareal vinkelrett på S per tidsenhet. Feltmomenttetthet i vakuum K \u003d S / s 2 \u003d / s 2.

Ved høye frekvenser av det elektromagnetiske feltet blir dets kvanteegenskaper betydelige og det elektromagnetiske feltet kan betraktes som en fluks av feltkvanter - fotoner. I dette tilfellet er det elektromagnetiske feltet beskrevet

I 1860-1865. en av de største fysikerne på 1800-tallet James Clerk Maxwell laget en teori elektromagnetisk felt. I følge Maxwell er fenomenet elektromagnetisk induksjon forklart som følger. Hvis magnetfeltet på et tidspunkt i rommet endres med tiden, dannes det også et elektrisk felt der. Hvis det er en lukket leder i feltet, forårsaker det elektriske feltet en induksjonsstrøm i den. Det følger av Maxwells teori at den omvendte prosessen også er mulig. Hvis det elektriske feltet i et område i rommet endres med tiden, dannes det også et magnetfelt her.

Dermed resulterer enhver endring over tid i magnetfeltet i et elektrisk felt i endring, og enhver endring over tid i det elektriske feltet gir opphav til et skiftende magnetfelt. Disse genererer hverandre vekslende elektriske og magnetiske felt, danner et enkelt elektromagnetisk felt.

Egenskaper til elektromagnetiske bølger

Det viktigste resultatet som følger av teorien om det elektromagnetiske feltet formulert av Maxwell var spådommen om muligheten for eksistensen av elektromagnetiske bølger. elektromagnetisk bølge- forplantning av elektromagnetiske felt i rom og tid.

Elektromagnetiske bølger, i motsetning til elastiske (lyd)bølger, kan forplante seg i et vakuum eller et annet stoff.

Elektromagnetiske bølger i vakuum forplanter seg med en hastighet c=299 792 km/s, altså med lysets hastighet.

I materie er hastigheten til en elektromagnetisk bølge mindre enn i vakuum. Forholdet mellom bølgelengden, dens hastighet, periode og frekvens av oscillasjoner oppnådd for mekaniske bølger er også gyldig for elektromagnetiske bølger:

Spenningsvektorsvingninger E og magnetisk induksjonsvektor B forekomme i innbyrdes vinkelrette plan og vinkelrett på bølgeutbredelsesretningen (hastighetsvektor).

En elektromagnetisk bølge bærer energi.

Elektromagnetisk bølgeområde

Rundt oss kompleks verden elektromagnetiske bølger med ulike frekvenser: stråling fra dataskjermer, mobiltelefoner, mikrobølgeovner, fjernsyn osv. For tiden er alle elektromagnetiske bølger delt inn etter bølgelengde i seks hovedområder.

radiobølger- dette er elektromagnetiske bølger (med en bølgelengde fra 10 000 m til 0,005 m), som tjener til å overføre signaler (informasjon) over en avstand uten ledninger. I radiokommunikasjon skapes radiobølger av høyfrekvente strømmer som flyter i en antenne.

Elektromagnetisk stråling med bølgelengde fra 0,005 m til 1 mikron, dvs. mellom radiobølger og synlig lys kalles infrarød stråling. Infrarød stråling sendes ut av enhver oppvarmet kropp. Kilden til infrarød stråling er ovner, batterier, elektriske glødelamper. Ved hjelp av spesielle enheter kan infrarød stråling omdannes til synlig lys og motta bilder av oppvarmede gjenstander i fullstendig mørke.

TIL synlig lys refererer til stråling med en bølgelengde på ca. 770 nm til 380 nm, fra rød til lilla. Betydningen av denne delen av spekteret av elektromagnetisk stråling i menneskelivet er eksepsjonelt stor, siden en person mottar nesten all informasjon om verden rundt seg ved hjelp av syn.

Elektromagnetisk stråling usynlig for øyet med en bølgelengde kortere enn fiolett kalles ultrafiolett stråling. Det kan drepe patogene bakterier.

røntgenstråling usynlig for øyet. Det passerer uten betydelig absorpsjon gjennom betydelige lag av et stoff som er ugjennomsiktig for synlig lys, som brukes til å diagnostisere sykdommer i indre organer.

Gammastråling kalt elektromagnetisk stråling som sendes ut av eksiterte kjerner og som oppstår fra samspillet mellom elementærpartikler.

Prinsippet for radiokommunikasjon

Den oscillerende kretsen brukes som en kilde til elektromagnetiske bølger. For effektiv stråling "åpnes" kretsen, dvs. skape forutsetninger for at feltet kan "gå" ut i verdensrommet. Denne enheten kalles en åpen oscillerende krets - antenne.

radiokommunikasjon kalt overføring av informasjon ved hjelp av elektromagnetiske bølger, hvis frekvenser er i området fra til Hz.

Radar (radar)

En enhet som sender ultrakorte bølger og umiddelbart mottar dem. Strålingen utføres av korte pulser. Pulser reflekteres fra objekter, som gjør det mulig å stille inn avstanden til objektet etter å ha mottatt og behandlet signalet.

Hastighetsradaren fungerer etter et lignende prinsipp. Tenk på hvordan radaren bestemmer hastigheten til en bil i bevegelse.

Detaljer Kategori: Elektrisitet og magnetisme Skrevet 06.05.2015 20:46 Visninger: 11962

Variable elektriske og magnetiske felt under visse forhold kan gi opphav til hverandre. De danner et elektromagnetisk felt, som ikke er deres helhet i det hele tatt. Dette er en enkelt helhet der disse to feltene ikke kan eksistere uten hverandre.

Fra historien

Eksperimentet til den danske forskeren Hans Christian Oersted, utført i 1821, viste at en elektrisk strøm genererer et magnetfelt. I sin tur er et skiftende magnetfelt i stand til å generere en elektrisk strøm. Dette ble bevist av den engelske fysikeren Michael Faraday, som oppdaget fenomenet elektromagnetisk induksjon i 1831. Han er også forfatteren av begrepet "elektromagnetisk felt".

I disse dager ble Newtons konsept om langdistansehandling akseptert i fysikk. Det ble antatt at alle kropper virker på hverandre gjennom tomrommet i en uendelig høy hastighet (nesten øyeblikkelig) og på hvilken som helst avstand. Det ble antatt at elektriske ladninger samvirker på lignende måte. Faraday mente derimot at tomhet ikke eksisterer i naturen, og samspillet skjer med en begrenset hastighet gjennom et bestemt materiell medium. Dette mediet for elektriske ladninger er elektromagnetisk felt. Og den forplanter seg med en hastighet lik lysets hastighet.

Maxwells teori

Ved å kombinere resultatene fra tidligere studier, Den engelske fysikeren James Clerk Maxwell i 1864 opprettet elektromagnetisk feltteori. Ifølge den genererer et skiftende magnetfelt et skiftende elektrisk felt, og et vekslende elektrisk felt genererer et vekslende magnetfelt. Selvfølgelig er først ett av feltene skapt av en kilde til ladninger eller strømmer. Men i fremtiden kan disse feltene allerede eksistere uavhengig av slike kilder, noe som forårsaker utseendet til hverandre. Det er, elektriske og magnetiske felt er komponenter av et enkelt elektromagnetisk felt. Og hver endring i en av dem forårsaker utseendet til en annen. Denne hypotesen danner grunnlaget for Maxwells teori. Det elektriske feltet som genereres av magnetfeltet er virvel. Kraftlinjene hans er stengt.

Denne teorien er fenomenologisk. Dette betyr at den er basert på antakelser og observasjoner, og tar ikke hensyn til årsaken som forårsaker forekomsten av elektriske og magnetiske felt.

Egenskaper til det elektromagnetiske feltet

Det elektromagnetiske feltet er en kombinasjon av elektriske og magnetiske felt, derfor beskrives det ved hvert punkt i rommet av to hovedstørrelser: styrken til det elektriske feltet E og magnetfeltinduksjon I .

Siden det elektromagnetiske feltet er en prosess for å transformere et elektrisk felt til et magnetfelt, og deretter et magnetfelt til et elektrisk, endres tilstanden konstant. Sprer seg i rom og tid, og danner elektromagnetiske bølger. Avhengig av frekvens og lengde er disse bølgene delt inn i radiobølger, terahertz-stråling, infrarød stråling, synlig lys, ultrafiolett stråling, røntgen- og gammastråling.

Intensiteten og induksjonsvektorene til det elektromagnetiske feltet er gjensidig vinkelrett, og planet de ligger i er vinkelrett på bølgeutbredelsesretningen.

I teorien om langdistansevirkning ble forplantningshastigheten til elektromagnetiske bølger ansett for å være uendelig stor. Maxwell beviste imidlertid at dette ikke var tilfelle. I et stoff forplanter elektromagnetiske bølger seg med en begrenset hastighet, som avhenger av den dielektriske og magnetiske permeabiliteten til stoffet. Derfor kalles Maxwells teori kortdistanseteorien.

Maxwells teori ble eksperimentelt bekreftet i 1888 av den tyske fysikeren Heinrich Rudolf Hertz. Han beviste at elektromagnetiske bølger eksisterer. Dessuten målte han forplantningshastigheten til elektromagnetiske bølger i vakuum, som viste seg å være lik lysets hastighet.

I integrert form ser denne loven slik ut:

Gauss lov for et magnetfelt

Fluksen av magnetisk induksjon gjennom en lukket overflate er null.

Den fysiske betydningen av denne loven er at det ikke finnes magnetiske ladninger i naturen. Polene til en magnet kan ikke skilles. Magnetfeltets kraftlinjer er lukket.

Faradays lov om induksjon

En endring i magnetisk induksjon forårsaker utseendet til et elektrisk virvelfelt.

,

Magnetfeltsirkulasjonsteorem

Denne teoremet beskriver kildene til magnetfeltet, så vel som feltene selv skapt av dem.

Elektrisk strøm og endring i elektrisk induksjon genererer et virvelmagnetisk felt.

,

,

E er den elektriske feltstyrken;

H er magnetfeltstyrken;

I- magnetisk induksjon. Dette er en vektormengde som viser hvor sterkt magnetfeltet virker på en ladning av q som beveger seg med en hastighet v;

D- elektrisk induksjon, eller elektrisk forskyvning. Det er en vektormengde lik summen av intensitetsvektoren og polarisasjonsvektoren. Polarisering er forårsaket av forskyvning av elektriske ladninger under påvirkning av et eksternt elektrisk felt i forhold til deres posisjon når et slikt felt er fraværende.

Δ er Nabla-operatøren. Handlingen til denne operatøren på et spesifikt felt kalles rotoren til dette feltet.

Δ x E = råte E

ρ - tetthet av ekstern elektrisk ladning;

j- strømtetthet - en verdi som viser styrken til strømmen som flyter gjennom en enhetsareal;

Med er lysets hastighet i vakuum.

Vitenskapen som studerer det elektromagnetiske feltet kalles elektrodynamikk. Hun vurderer dets samspill med kropper som har en elektrisk ladning. En slik interaksjon kalles elektromagnetisk. Klassisk elektrodynamikk beskriver bare de kontinuerlige egenskapene til et elektromagnetisk felt ved å bruke Maxwells ligninger. Moderne kvanteelektrodynamikk anser at det elektromagnetiske feltet også har diskrete (diskontinuerlige) egenskaper. Og en slik elektromagnetisk interaksjon skjer ved hjelp av udelelige partikler-kvanter som ikke har masse og ladning. Kvanten av det elektromagnetiske feltet kalles foton .

Det elektromagnetiske feltet rundt oss

Et elektromagnetisk felt dannes rundt enhver leder med vekselstrøm. Kildene til elektromagnetiske felt er kraftledninger, elektriske motorer, transformatorer, urban elektrisk transport, jernbanetransport, elektriske og elektroniske husholdningsapparater - fjernsyn, datamaskiner, kjøleskap, strykejern, støvsugere, trådløse telefoner, mobiltelefoner, elektriske barbermaskiner - med et ord , alt relatert til forbruk eller overføring av elektrisitet. Kraftige kilder til elektromagnetiske felt er fjernsynssendere, antenner til mobiltelefonstasjoner, radarstasjoner, mikrobølgeovner osv. Og siden det er ganske mange slike enheter rundt oss, omgir elektromagnetiske felt oss overalt. Disse feltene påvirker miljø og en person. Det kan ikke sies at denne påvirkningen alltid er negativ. Elektriske og magnetiske felt har eksistert rundt en person i lang tid, men kraften til strålingen deres for noen tiår siden var hundrevis av ganger lavere enn i dag.

Til et visst nivå kan elektromagnetisk stråling være trygt for mennesker. Så, i medisin, ved hjelp av lav-intensitet elektromagnetisk stråling, helbreder vev, eliminerer inflammatoriske prosesser og har en smertestillende effekt. UHF-enheter lindrer spasmer i de glatte musklene i tarmene og magen, forbedrer metabolske prosesser i kroppens celler, reduserer tonen i kapillærene og senker blodtrykket.

Men sterke elektromagnetiske felt forårsaker funksjonsfeil i det kardiovaskulære, immunforsvar, endokrine og nervesystemer en person kan forårsake søvnløshet, hodepine, stress. Faren er at deres påvirkning er nesten umerkelig for mennesker, og brudd skjer gradvis.

Hvordan kan vi beskytte oss mot den elektromagnetiske strålingen rundt oss? Det er umulig å gjøre dette helt, så du må prøve å minimere virkningen. Først av alt må du ordne husholdningsapparater på en slik måte at de er borte fra de stedene der vi er oftest. Sitt for eksempel ikke for nær TV-en. Tross alt, jo lengre avstand fra kilden til det elektromagnetiske feltet, jo svakere blir det. Svært ofte lar vi enheten være koblet til. Men det elektromagnetiske feltet forsvinner bare når enheten kobles fra strømnettet.

Menneskers helse påvirkes også av naturlige elektromagnetiske felt - kosmisk stråling, jordens magnetfelt.

Shmelev V.E., Sbitnev S.A.

"TEORETISK GRUNNLAG FOR ELEKTRISK ENGINEERING"

"ELEKTROMAGNETISK FELTTEORI"

Kapittel 1. Grunnleggende begreper i elektromagnetisk feltteori

§ 1.1. Bestemmelse av det elektromagnetiske feltet og dets fysiske størrelser.
Matematisk apparat for elektromagnetisk feltteori

elektromagnetisk felt(EMF) er en type materie som har en krafteffekt på ladede partikler og bestemmes i alle punkter av to par vektormengder som karakteriserer dens to sider - elektriske og magnetiske felt.

Elektrisk felt- dette er en komponent av EMF, som er preget av innvirkningen på en elektrisk ladet partikkel med en kraft proporsjonal med ladningen til partikkelen og uavhengig av dens hastighet.

Et magnetfelt- dette er en komponent av EMF, som er preget av innvirkningen på en bevegelig partikkel med en kraft proporsjonal med ladningen til partikkelen og dens hastighet.

Lært på kurset teoretiske grunnlag elektroteknikk, de viktigste egenskapene og metodene for å beregne EMF involverer en kvalitativ og kvantitativ studie av EMF funnet i elektriske, radioelektroniske og biomedisinske enheter. For dette er likningene for elektrodynamikk i integral- og differensialformer best egnet.

Det matematiske apparatet til den elektromagnetiske feltteorien (TEMF) er basert på skalarfeltteorien, vektor- og tensoranalyse, samt differensial- og integralregning.

Kontrollspørsmål

1. Hva er et elektromagnetisk felt?

2. Hva kalles et elektrisk og magnetisk felt?

3. Hva er grunnlaget for det matematiske apparatet til den elektromagnetiske feltteorien?

§ 1.2. Fysiske mengder som karakteriserer EMF

Vektor for elektrisk feltstyrke på punktet Q kalles vektoren til kraften som virker på en elektrisk ladet stasjonær partikkel plassert i et punkt Q hvis denne partikkelen har en enhets positiv ladning.

I henhold til denne definisjonen, den elektriske kraften som virker på en punktladning q er lik:

Hvor E målt i V/m.

Magnetfeltet er karakterisert magnetisk induksjonsvektor. Magnetisk induksjon ved et observasjonspunkt Q er en vektormengde hvis modul er lik den magnetiske kraften som virker på en ladet partikkel lokalisert i et punkt Q, som har en enhetsladning og beveger seg med en enhetshastighet, og vektorene for kraft, hastighet, magnetisk induksjon og også ladningen til partikkelen tilfredsstiller betingelsen

.

Den magnetiske kraften som virker på en krumlinjet leder med strøm kan bestemmes av formelen

.

På en rett leder, hvis den er i et jevnt felt, virker følgende magnetiske kraft

.

I alle de nyeste formlene B - magnetisk induksjon, som måles i tesla (Tl).

1 T er en slik magnetisk induksjon hvor en magnetisk kraft lik 1N virker på en rett leder med en strøm på 1A hvis linjene med magnetisk induksjon er rettet vinkelrett på lederen med strøm, og hvis lengden på lederen er 1 m .

I tillegg til den elektriske feltstyrken og magnetisk induksjon, vurderes følgende vektormengder i den elektromagnetiske feltteorien:

1) elektrisk induksjon D (elektrisk forskyvning), som måles i C / m 2,

EMF-vektorene er funksjoner av rom og tid:

Hvor Q- observasjonspunkt, t- tidens øyeblikk.

Hvis observasjonspunktet Q er i vakuum, så holder følgende relasjoner mellom de tilsvarende parene av vektormengder

hvor er den absolutte permittiviteten til vakuum (elektrisk grunnleggende konstant), = 8,85419 * 10 -12;

Absolutt magnetisk permeabilitet av vakuum (grunnleggende magnetisk konstant); \u003d 4π * 10 -7.

Kontrollspørsmål

1. Hva er den elektriske feltstyrken?

2. Hva kalles magnetisk induksjon?

3. Hva er den magnetiske kraften som virker på en ladet partikkel i bevegelse?

4. Hva er den magnetiske kraften som virker på en leder med strøm?

5. Hvilke vektorstørrelser kjennetegner det elektriske feltet?

6. Hvilke vektorstørrelser karakteriserer magnetfeltet?

§ 1.3. Kilder til elektromagnetisk felt

Kildene til EMF er elektriske ladninger, elektriske dipoler, bevegelige elektriske ladninger, elektriske strømmer, magnetiske dipoler.

Begrepene elektrisk ladning og elektrisk strøm er gitt i løpet av fysikk. Elektriske strømmer er av tre typer:

1. Ledningsstrømmer.

2. Forskyvningsstrømmer.

3. Overfør strømmer.

Ledningsstrøm- hastigheten for passasje av mobile ladninger til et elektrisk ledende legeme gjennom en bestemt overflate.

Bias gjeldende- endringshastigheten til den elektriske forskyvningsvektorens strømning gjennom en viss overflate.

.

Overfør strøm preget av følgende uttrykk

Hvor v - hastigheten på overføring av kropper gjennom overflaten S; n - vektor av enheten normal til overflaten; - lineær ladningstetthet av kropper som flyr gjennom overflaten i retning av normalen; ρ er volumtettheten til den elektriske ladningen; s v - overføre strømtetthet.

elektrisk dipol kalles et par punktladninger + q Og - q ligger på avstand l fra hverandre (fig. 1).

En punktelektrisk dipol er karakterisert ved den elektriske dipolmomentvektoren:

magnetisk dipol kalt en flat krets med elektrisk strøm JEG. Den magnetiske dipolen er preget av den magnetiske dipolmomentvektoren

Hvor S er arealvektoren til den flate overflaten strukket over kretsen med strøm. Vektor S rettet vinkelrett på denne flate overflaten, dessuten, hvis sett fra enden av vektoren S , da vil bevegelsen langs konturen i retningen som faller sammen med strømmens retning skje mot klokken. Dette betyr at retningen til den dipolmagnetiske momentvektoren er relatert til strømmens retning i henhold til riktig skrueregel.

Atomer og materiemolekyler er elektriske og magnetiske dipoler, så hvert punkt av den virkelige typen i EMF kan karakteriseres av bulktettheten til det elektriske og magnetiske dipolmomentet:

P - elektrisk polarisering av stoffet:

M - magnetisering av stoffet:

Elektrisk polarisering av materie er en vektormengde lik bulktettheten til det elektriske dipolmomentet på et eller annet punkt i et reelt legeme.

Matter magnetisering er en vektormengde lik bulktettheten til det magnetiske dipolmomentet på et eller annet punkt i et virkelig legeme.

elektrisk forskyvning- dette er en vektormengde, som for ethvert observasjonspunkt, uavhengig av om det er i et vakuum eller i et stoff, bestemmes ut fra forholdet:

(for vakuum eller materie),

(kun for vakuum).

Magnetisk feltstyrke- en vektormengde, som for ethvert observasjonspunkt, uavhengig av om det er i et vakuum eller i et stoff, bestemmes ut fra forholdet:

,

hvor magnetfeltstyrken måles i A/m.

I tillegg til polarisering og magnetisering, er det andre volumdistribuerte EMF-kilder:

- bulk elektrisk ladningstetthet ; ,

hvor volumtettheten til den elektriske ladningen måles i C/m 3 ;

- elektrisk strømtetthetsvektor, hvis normale komponent er lik

I et mer generelt tilfelle, strømmen som flyter gjennom en åpen overflate S, er lik fluksen til strømtetthetsvektoren gjennom denne overflaten:

hvor den elektriske strømtetthetsvektoren måles i A/m 2 .

Kontrollspørsmål

1. Hva er kildene til det elektromagnetiske feltet?

2. Hva er ledningsstrøm?

3. Hva er forspenningsstrøm?

4. Hva er overføringsstrøm?

5. Hva er en elektrisk dipol og et elektrisk dipolmoment?

6. Hva er en magnetisk dipol og magnetisk dipolmoment?

7. Hva kalles den elektriske polariseringen og magnetiseringen av et stoff?

8. Hva kalles elektrisk forskyvning?

9. Hva kalles styrken til magnetfeltet?

10. Hva er den volumetriske elektriske ladningstettheten og strømtettheten?

MATLAB-applikasjonseksempel

Oppgave.

Gitt: Krets med elektrisk strøm Jeg i rommet er omkretsen av en trekant, hvis kartesiske koordinater er gitt: x 1 , x 2 , x 3 , y 1 , y 2 , y 3 , z 1 , z 2 , z 3 . Her er abonnentene toppunktnumrene. Toppene er nummerert i retning av elektrisk strøm.

Obligatorisk komponer en MATLAB-funksjon som beregner den magnetiske dipolmomentvektoren til kretsen. Ved kompilering av m-filen kan det antas at de romlige koordinatene måles i meter, og strømmen måles i ampere. Vilkårlig organisering av inngangs- og utdataparametere er tillatt.

Løsning

% m_dip_moment - beregning av det magnetiske dipolmomentet til en trekantet krets med strøm i rommet

%pm = m_dip_moment(tok, noder)

% INNGANGSPARAMETRE

% strøm - strøm i kretsen;

% noder - en kvadratisk matrise av formen ." , hvor hver rad inneholder koordinatene til det tilsvarende toppunktet.

% OUTPUT PARAMETER

% pm er en matrise-rekke av de kartesiske komponentene i den magnetiske dipolmomentvektoren.

funksjon pm = m_dip_moment(tok, noder);

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

% I den siste setningen multipliseres arealvektoren til trekanten med strømmen

>> noder=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,noder)

13.442 20.637 -2.9692

I denne saken skjedde P M = (13,442* 1 x + 20.637*1 y - 2.9692*1 z) A * m 2 hvis strømmen i kretsen er 1 A.

§ 1.4. Romlige differensialoperatorer i elektromagnetisk feltteori

Gradient skalarfelt Φ( Q) = Φ( x, y, z) kalles et vektorfelt definert av formelen:

,

Hvor V 1 - område som inneholder punkt Q; S 1 - lukket overflatebegrensningsområde V 1 , Q 1 - punkt som tilhører overflaten S 1 ; δ - den største avstanden fra punktet Q til punkter på overflaten S 1 (maks| QQ 1 |).

Divergens vektorfelt F (Q)=F (x, y, z) kalles et skalarfelt definert av formelen:

Rotor(virvel) vektorfelt F (Q)=F (x, y, z) er et vektorfelt definert av formelen:

råtne F =

Nabla-operatør er en vektordifferensialoperator, som i kartesiske koordinater er definert av formelen:

La oss representere grad, div og rot via nabla-operatøren:

Vi skriver disse operatorene i kartesiske koordinater:

; ;

Laplace-operatoren i kartesiske koordinater er definert av formelen:

Andre ordens differensialoperatorer:

Integralteoremer

gradientteorem ;

Divergensteorem

Rotor teorem

I teorien om EMF brukes også en til av integralsetningene:

.

Kontrollspørsmål

1. Hva kalles gradienten til et skalarfelt?

2. Hva kalles divergensen til et vektorfelt?

3. Hva kalles rotoren til et vektorfelt?

4. Hva er nabla-operatoren og hvordan uttrykkes førsteordens differensialoperatorer i forhold til den?

5. Hvilke integralteoremer er gyldige for skalar- og vektorfelt?

MATLAB-applikasjonseksempel

Oppgave.

Gitt: I volumet til tetraederet endres skalar- og vektorfeltene i henhold til en lineær lov. Koordinatene til toppunktene til tetraederet er gitt av en matrise på formen [ x 1 , y 1 , z 1 ; x 2 , y 2 , z 2 ; x 3 , y 3 , z 3 ; x 4 , y 4 , z 4 ]. Verdiene til skalarfeltet ved toppunktene er gitt av matrisen [Ф 1 ; F 2; F 3; F 4]. De kartesiske komponentene til vektorfeltet ved toppunktene er gitt av matrisen [ 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].

Definere i volumet til tetraederet, gradienten til skalarfeltet, samt divergensen og krøllingen til vektorfeltet. Skriv en MATLAB-funksjon for dette.

Løsning. Nedenfor er teksten til m-funksjonen.

% grad_div_rot - Beregn gradient, divergens og krøll... i volumet til et tetraeder

%=grad_div_rot(noder, skalar, vektor)

% INNGANGSPARAMETRE

% noder - matrise av tetraedertoppkoordinater:

% linjer tilsvarer hjørner, kolonner - koordinater;

% skalar - søylematrise av skalarfeltverdier ved hjørner;

% vektor - matrise av vektorfeltkomponenter ved toppunkter:

% UTGANGSPARAMETRE

% grad - radmatrise av kartesiske gradientkomponenter i skalarfeltet;

% div - divergensverdi av vektorfeltet i volumet til tetraederet;

% råte - radmatrise av kartesiske komponenter i vektorfeltrotoren.

% I beregninger er det antatt at i volumet av et tetraeder

% vektor- og skalarfelt varierer i rom i henhold til en lineær lov.

funksjon =grad_div_rot(noder, skalar, vektor);

a=inv(); % Matrise av lineære interpolasjonskoeffisienter

grad=(a(2:end,:)*skalar)."; % Skalarfeltgradientkomponenter

div=*vektor(:); % Divergens av et vektorfelt

rot=sum(kryss(a(2:slutt,:),vektor."),2).";

Et eksempel på å kjøre den utviklede m-funksjonen:

>> noder=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

>> scalar=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(noder, skalar, vektor)

0.16983 -0.03922 -0.17125

0.91808 0.20057 0.78844

Hvis vi antar at de romlige koordinatene er målt i meter, og vektor- og skalarfeltene er dimensjonsløse, så dette eksemplet skjedde:

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

div F = -1,0112 m-1;

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

§ 1.5. Grunnleggende lover for elektromagnetisk feltteori

EMF-ligninger i integralform

Full gjeldende lov:

eller

Sirkulasjon av magnetfeltstyrkevektoren langs konturen l er lik den totale elektriske strømmen som flyter gjennom overflaten S, strukket over konturen l, hvis retningen til strømmen danner et høyrehendt system med retningen for å omgå kretsen.

Lov om elektromagnetisk induksjon:

,

Hvor E c er styrken til det eksterne elektriske feltet.

EMF av elektromagnetisk induksjon e og i kretsen l lik endringshastigheten til den magnetiske fluksen gjennom overflaten S, strukket over konturen l, og retningen for endringshastigheten til den magnetiske fluksen dannes med retningen e og venstrehendt system.

Gauss' teorem i integralform:

Elektrisk forskyvningsvektor strømmer gjennom en lukket overflate S er lik summen av frie elektriske ladninger i volumet avgrenset av overflaten S.

Loven om kontinuitet til magnetiske induksjonslinjer:

Den magnetiske fluksen gjennom enhver lukket overflate er null.

Den direkte anvendelsen av ligninger i integralform gjør det mulig å beregne de enkleste elektromagnetiske feltene. For å beregne elektromagnetiske felt av en mer kompleks form, brukes ligninger i differensialform. Disse ligningene kalles Maxwells ligninger.

Maxwells ligninger for stasjonære medier

Disse ligningene følger direkte fra de tilsvarende ligningene i integralform og fra de matematiske definisjonene av romlige differensialoperatorer.

Total gjeldende rett i differensiell form:

,

Total elektrisk strømtetthet,

Ekstern elektrisk strømtetthet,

Ledningsstrømtetthet,

Forskyvningsstrømtetthet: ,

Overføringsstrømtetthet: .

Dette betyr at den elektriske strømmen er en virvelkilde for vektorfeltet til magnetfeltstyrken.

Loven om elektromagnetisk induksjon i differensialform:

Dette betyr at det vekslende magnetfeltet er en virvelkilde for den romlige fordelingen av den elektriske feltstyrkevektoren.

Kontinuitetsligningen til magnetiske induksjonslinjer:

Dette betyr at feltet til den magnetiske induksjonsvektoren ikke har noen kilder, dvs. i naturen er det ingen magnetiske ladninger (magnetiske monopoler).

Gauss teorem i differensialform:

Dette betyr at kildene til det elektriske forskyvningsvektorfeltet er elektriske ladninger.

For å sikre det unike ved løsningen av EMF-analyseproblemet, er det nødvendig å supplere Maxwell-ligningene med ligningene for materialforbindelsen mellom vektorene E Og D , og B Og H .

Relasjoner mellom feltvektorer og elektrofysiske egenskaper til mediet

Det er kjent at

(1)

All dielektrikum er polarisert av et elektrisk felt. Alle magneter magnetiseres av et magnetfelt. De statiske dielektriske egenskapene til et stoff kan beskrives fullstendig av den funksjonelle avhengigheten til polarisasjonsvektoren P fra den elektriske feltstyrkevektoren E (P =P (E )). De statiske magnetiske egenskapene til et stoff kan beskrives fullstendig av magnetiseringsvektorens funksjonelle avhengighet M fra magnetfeltstyrkevektoren H (M =M (H )). I det generelle tilfellet er slike avhengigheter tvetydige (hysterese) i naturen. Dette betyr at polarisasjons- eller magnetiseringsvektoren på punktet Q bestemmes ikke bare av verdien til vektoren E eller H på dette tidspunktet, men også historien til endringen i vektoren E eller H På dette punktet. Det er ekstremt vanskelig å eksperimentelt undersøke og modellere disse avhengighetene. Derfor er det i praksis ofte antatt at vektorene P Og E , og M Og H er kollineære, og de elektrofysiske egenskapene til materie er beskrevet av skalære hysteresefunksjoner (| P |=|P |(|E |), |M |=|M |(|H |). Hvis hysteresekarakteristikkene til funksjonene ovenfor kan neglisjeres, er de elektriske egenskapene beskrevet av funksjoner med én verdi P=P(E), M=M(H).

I mange tilfeller kan disse funksjonene omtrent betraktes som lineære, dvs.

Deretter, med hensyn til relasjon (1), kan vi skrive følgende

,

(4)

Følgelig er den relative dielektriske og magnetiske permeabiliteten til stoffet:

Absolutt permittivitet for et stoff:

Absolutt magnetisk permeabilitet for et stoff:

Relasjoner (2), (3), (4) karakteriserer de dielektriske og magnetiske egenskapene til stoffet. De elektrisk ledende egenskapene til et stoff kan beskrives av Ohms lov i differensialform

hvor er den spesifikke elektriske ledningsevnen til stoffet, målt i S/m.

I et mer generelt tilfelle har avhengigheten mellom ledningsstrømtettheten og den elektriske feltstyrkevektoren en ikke-lineær vektorhysteresekarakter.

Elektromagnetisk feltenergi

Den volumetriske energitettheten til det elektriske feltet er

,

Hvor W e måles i J/m 3.

Den volumetriske energitettheten til magnetfeltet er

,

Hvor W m måles i J / m 3.

Den volumetriske energitettheten til det elektromagnetiske feltet er lik

Når det gjelder lineære elektriske og magnetiske egenskaper til materie, er volumenergitettheten til EMF lik

Dette uttrykket er gyldig for øyeblikkelige verdier av spesifikk energi og EMF-vektorer.

Spesifikk kraft til varmetap fra ledningsstrømmer

Spesifikk kraft fra tredjepartskilder

Kontrollspørsmål

1. Hvordan er den totale gjeldende rett utformet i integral form?

2. Hvordan er loven om elektromagnetisk induksjon formulert i integrert form?

3. Hvordan er Gauss-teoremet og loven om magnetisk flukskontinuitet formulert i integralform?

4. Hvordan er loven om totalstrøm formulert i differensialform?

5. Hvordan er loven om elektromagnetisk induksjon formulert i differensialform?

6. Hvordan er Gauss-teoremet og kontinuitetsloven for magnetiske induksjonslinjer formulert i integrert form?

7. Hvilke sammenhenger beskriver materiens elektriske egenskaper?

8. Hvordan uttrykkes energien til et elektromagnetisk felt i form av vektormengdene som bestemmer det?

9. Hvordan bestemmes den spesifikke kraften til varmetapene og den spesifikke kraften til tredjepartskilder?

MATLAB applikasjonseksempler

Oppgave 1.

Gitt: Inne i volumet til et tetraeder endres magnetisk induksjon og magnetisering av et stoff i henhold til en lineær lov. Koordinatene til toppunktene til tetraederet er gitt, verdiene til vektorene for magnetisk induksjon og magnetiseringen av stoffet ved toppunktene er også gitt.

Regne ut elektrisk strømtetthet i volumet til tetraederet, ved å bruke m-funksjonen kompilert i løsningen av problemet i forrige avsnitt. Utfør beregningen i MATLAB-kommandovinduet, forutsatt at de romlige koordinatene er målt i millimeter, den magnetiske induksjonen er i teslaer, den magnetiske feltstyrken og magnetiseringen er i kA/m.

Løsning.

La oss sette kildedataene i et format som er kompatibelt med grad_div_rot m-funksjonen:

>> noder=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 % absolutt vakuum magnetisk permeabilitet, 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(noder,ones(4,1),B/mu0-M)

0 -3.0358e-017 0

914.2 527.76 -340.67

I dette eksemplet viste vektoren til den totale strømtettheten i det betraktede volumet seg å være lik (-914,2* 1 x + 527.76*1 y - 340.67*1 z) A/mm 2 . For å bestemme strømtetthetsmodulen, utfør følgende setning:

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

Den beregnede verdien av strømtettheten kan ikke oppnås i sterkt magnetiserte medier i ekte tekniske enheter. Dette eksemplet er rent pedagogisk. Og la oss nå sjekke riktigheten av å sette fordelingen av magnetisk induksjon i volumet av tetraederet. For å gjøre dette, utfør følgende setning:

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

0 -3.0358e-017 0

0.38115 0.37114 -0.55567

Her fikk vi div-verdien B \u003d -0,34415 T / mm, som ikke kan være i samsvar med loven om kontinuitet for magnetiske induksjonslinjer i differensialform. Av dette følger det at fordelingen av magnetisk induksjon i volumet til tetraederet er feil innstilt.

Oppgave 2.

La tetraederet, hvis toppunktkoordinater er gitt, være i luften (måleenheter er meter). La verdiene til den elektriske feltstyrkevektoren ved dens toppunkter gis (måleenheter - kV/m).

Obligatorisk beregne den volumetriske elektriske ladningstettheten inne i tetraederet.

Løsning kan gjøres på samme måte:

>> noder=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 % absolutt vakuumpermittivitet, 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(noder,ones(4,1),E*eps0)

0.076467 0.21709 -0.015323

I dette eksemplet viste den volumetriske ladningstettheten seg å være 0,10685 μC/m 3 .

§ 1.6. Grensebetingelser for EMF-vektorer.
Loven om bevaring av ladning. Umov-Poynting teorem

eller

Det er markert her: H 1 - vektoren til magnetfeltstyrken på grensesnittet mellom media i miljøet nr. 1; H 2 - det samme i miljø nr. 2; H 1t- tangentiell (tangensiell) komponent av magnetfeltstyrkevektoren på mediegrensesnittet i medium nr. 1; H 2t- det samme i miljø nr. 2; E 1 er vektoren av den totale elektriske feltstyrken på mediegrensesnittet i medium nr. 1; E 2 - det samme i miljø nr. 2; E 1 c - tredjepartskomponent av den elektriske feltstyrkevektoren på mediegrensesnittet i medium nr. 1; E 2c - det samme i miljø nr. 2; E 1t- tangentiell komponent av vektoren for elektrisk feltstyrke på mediegrensesnittet i medium nr. 1; E 2t- det samme i miljø nr. 2; E 1s t- tangentiell tredjepartskomponent av den elektriske feltstyrkevektoren på mediegrensesnittet i medium nr. 1; E 2t- det samme i miljø nr. 2; B 1 - vektor for magnetisk induksjon ved grensesnittet mellom media i medium nr. 1; B 2 - det samme i miljø nr. 2; B 1n- den normale komponenten av vektoren for magnetisk induksjon på grensesnittet mellom media i medium nr. 1; B 2n- det samme i miljø nr. 2; D 1 - elektrisk forskyvningsvektor på mediegrensesnittet i medium nr. 1; D 2 - det samme i miljø nr. 2; D 1n- normal komponent av den elektriske forskyvningsvektoren på mediegrensesnittet i medium nr. 1; D 2n- det samme i miljø nr. 2; σ er overflatetettheten til den elektriske ladningen ved grensesnittet mellom media, målt i C/m 2 .

Loven om bevaring av ladning

Hvis det ikke er tredjeparts gjeldende kilder, da

,

og i det generelle tilfellet, dvs. den totale strømtetthetsvektoren har ingen kilder, dvs. de totale strømlinjene er alltid lukket

Umov-Poynting teorem

Den volumetriske effekttettheten forbrukt av et materialpunkt i EMF er lik

I henhold til identitet (1)

Dette er effektbalanseligningen for volumet V. I det generelle tilfellet, i samsvar med likhet (3), den elektromagnetiske kraften generert av kilder inne i volumet V, går til varmetap, til akkumulering av EMF-energi og til stråling inn i det omkringliggende rommet gjennom en lukket overflate som begrenser dette volumet.

Integranden i integralet (2) kalles Poynting-vektoren:

,

Hvor P målt i W/m 2.

Denne vektoren er lik den elektromagnetiske kraftflukstettheten ved et observasjonspunkt. Likhet (3) er et matematisk uttrykk for Umov-Poynting-teoremet.

Elektromagnetisk kraft utstrålet av området V inn i det omkringliggende rommet er lik strømmen av Poynting-vektoren gjennom en lukket overflate S, avgrensende område V.

Kontrollspørsmål

1. Hvilke uttrykk beskriver grensebetingelsene for de elektromagnetiske feltvektorene på mediegrensesnittene?

2. Hvordan er loven om bevaring av ladning formulert i differensialform?

3. Hvordan er loven om bevaring av ladning formulert i integralform?

4. Hvilke uttrykk beskriver grensebetingelsene for strømtettheten ved mediegrensesnittene?

5. Hva er volumtettheten til strøm forbrukt av et materialpunkt i et elektromagnetisk felt?

6. Hvordan skrives den elektromagnetiske kraftbalanselikningen for et visst volum?

7. Hva er Poynting-vektoren?

8. Hvordan er Umov-Poynting-teoremet formulert?

MATLAB-applikasjonseksempel

Oppgave.

Gitt: Det er en trekantet overflate i rommet. Toppunktkoordinatene er satt. Verdiene til de elektriske og magnetiske feltstyrkevektorene ved toppunktene er også gitt. Tredjepartskomponenten i den elektriske feltstyrken er null.

Obligatorisk beregne den elektromagnetiske kraften som går gjennom denne trekantede overflaten. Lag en MATLAB-funksjon som utfører denne beregningen. Når du beregner, må du vurdere at den positive normalvektoren er rettet på en slik måte at hvis du ser fra enden, vil bevegelsen i stigende rekkefølge av toppunkttall skje mot klokken.

Løsning. Nedenfor er teksten til m-funksjonen.

% em_power_tri - beregning av den elektromagnetiske kraften som går gjennom

% trekantet overflate i rommet

%P=em_power_tri(noder,E,H)

% INNGANGSPARAMETRE

% noder - kvadratisk matrise som ." ,

% i hver linje som koordinatene til det tilsvarende toppunktet er skrevet.

% E - matrise av komponenter i den elektriske feltstyrkevektoren ved toppunktene:

% Rader tilsvarer hjørner, kolonner tilsvarer kartesiske komponenter.

% H - matrise av komponenter i magnetfeltstyrkevektoren ved toppunktene.

% OUTPUT PARAMETER

%P - elektromagnetisk kraft som går gjennom trekanten

% Beregningene antar at på trekanten

% feltstyrkevektorer endres i rommet i henhold til en lineær lov.

funksjon P=em_power_tri(noder,E,H);

% Regn ut den doble arealvektoren til trekanten

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

P=sum(kryss(E,(one(3,3)+øye(3))*H,2))*S."/24;

Et eksempel på å kjøre den utviklede m-funksjonen:

>> noder=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(noder,E,H)

Hvis vi antar at de romlige koordinatene er målt i meter, den elektriske feltstyrkevektoren er i volt per meter, den magnetiske feltstyrkevektoren er i ampere per meter, så viste det seg i dette eksemplet at den elektromagnetiske kraften som passerer gjennom trekanten er 0,18221 W.

Instruksjon

Ta to batterier og koble dem til med elektrisk tape. Koble til batteriene slik at endene deres er forskjellige, det vil si at plusset er motsatt minus og omvendt. Bruk binders til å feste en ledning til enden av hvert batteri. Deretter plasserer du en av bindersene på toppen av batteriene. Hvis bindersen ikke når midten av hver, må du kanskje rette den til ønsket lengde. Fest designet med tape. Sørg for at endene av ledningene er frie og at kantene på bindersen når midten av hvert batteri. Koble til batteriene ovenfra, gjør det samme på den andre siden.

Ta kobbertråd. La ca 15 centimeter av ledningen stå rett, og begynn deretter å vikle den rundt glasset. Gjør ca 10 svinger. La rett ytterligere 15 centimeter. Koble en av ledningene fra strømforsyningen til en av de frie endene av den resulterende kobberspolen. Sørg for at ledningene er godt koblet til hverandre. Ved tilkopling gir kretsen en magnetisk felt. Koble den andre ledningen til strømforsyningen til kobberledningen.

På det, når strømmen flyter gjennom spolen, vil plassert inne bli magnetisert. Bindersene vil holde seg sammen, så delene av en skje eller gaffel, skrutrekkere vil bli magnetisert og tiltrekke seg andre metallgjenstander mens strømmen påføres spolen.

Merk

Spolen kan være varm. Pass på at det ikke er brannfarlige stoffer i nærheten og pass på at du ikke brenner deg.

Nyttige råd

Det lettest magnetiserte metallet er jern. Ikke velg aluminium eller kobber når du sjekker feltet.

For å lage et elektromagnetisk felt, må du få kilden til å stråle. Samtidig må den produsere en kombinasjon av to felt, elektriske og magnetiske, som kan forplante seg i rommet og gi opphav til hverandre. Et elektromagnetisk felt kan forplante seg i verdensrommet i form av en elektromagnetisk bølge.

Du vil trenge

• - isolert ledning;
• - spiker;
• - to ledere;
• - Ruhmkorff spole.

Instruksjon

Ta isolert ledning med lav motstand, kobber er best. Vikle den på en stålkjerne, en vanlig spiker 100 mm lang (vev) vil duge. Koble ledningen til en strømkilde, et vanlig batteri gjør det. Det vil være en elektrisk felt, som genererer en elektrisk strøm i den.

Retningsbevegelsen til den ladede (elektriske strømmen) vil i sin tur generere en magnetisk felt, som vil bli konsentrert i en stålkjerne, med en wire viklet rundt. Kjernen snur seg og tiltrekkes av ferromagneter (, nikkel, kobolt, etc.). Resultatet felt kan kalles elektromagnetisk, fordi den elektriske felt magnetisk.

For å oppnå et klassisk elektromagnetisk felt, er det nødvendig at både den elektriske og magnetiske felt endret seg over tid, deretter det elektriske felt vil generere magnetisk og omvendt. For dette er det nødvendig at de bevegelige ladningene mottar akselerasjon. Den enkleste måten å gjøre dette på er å få dem til å svinge. Derfor, for å oppnå et elektromagnetisk felt, er det nok å ta en leder og koble den til et normalt husholdningsnettverk. Men det vil være så lite at det ikke vil være mulig å måle det ved hjelp av instrumenter.

For å få et tilstrekkelig kraftig magnetfelt, lag en Hertz-vibrator. For å gjøre dette, ta to rette identiske ledere, fest dem slik at gapet mellom dem er 7 mm. Dette vil være en åpen oscillerende krets, med liten elektrisk kapasitet. Koble hver av lederne til Ruhmkorff-klemmer (det lar deg motta impulser høyspenning). Legg ved skjemaet til batteri. Utladninger vil begynne i gnistgapet mellom lederne, og selve vibratoren vil bli en kilde til et elektromagnetisk felt.

Relaterte videoer

Innføringen av ny teknologi og utstrakt bruk av elektrisitet har ført til fremveksten av kunstige elektromagnetiske felt, som oftest har en skadelig effekt på mennesker og miljø. Disse fysiske feltene oppstår der det er bevegelige ladninger.

Naturen til det elektromagnetiske feltet

Det elektromagnetiske feltet er spesiell type saken. Det skjer rundt ledere som elektriske ladninger beveger seg langs. Kraftfeltet består av to uavhengige felt - magnetiske og elektriske, som ikke kan eksistere isolert fra hverandre. Det elektriske feltet, når det oppstår og endres, genererer alltid et magnetisk.

En av de første typene av variable felt i midten av det nittendeårhundre begynte å utforske James Maxwell, som tilhører verdien av å skape teorien om det elektromagnetiske feltet. Forskeren viste at elektriske ladninger som beveger seg med akselerasjon skaper et elektrisk felt. Å endre det genererer et felt av magnetiske krefter.

Kilden til et vekslende magnetfelt kan være en magnet, hvis du setter den i bevegelse, samt en elektrisk ladning som svinger eller beveger seg med akselerasjon. Hvis ladningen beveger seg med konstant hastighet, flyter en konstant strøm gjennom lederen, som er preget av et konstant magnetfelt. Det elektromagnetiske feltet forplanter seg i rommet og bærer energi, som avhenger av størrelsen på strømmen i lederen og frekvensen til de utsendte bølgene.

Virkningen av det elektromagnetiske feltet på en person

Nivået av all elektromagnetisk stråling som er skapt av tekniske systemer designet av mennesker er mange ganger høyere enn den naturlige strålingen til planeten. Dette er en termisk effekt, som kan føre til overoppheting av kroppsvev og irreversible konsekvenser. For eksempel langtidsbruk mobiltelefon, som er en kilde til stråling, kan føre til en økning i temperaturen i hjernen og øyelinsen.

Elektromagnetiske felt generert ved bruk av husholdningsapparater kan forårsake ondartede neoplasmer. Spesielt gjelder dette barnas kropp. Langsiktig tilstedeværelse av en person nær kilden til elektromagnetiske bølger reduserer effektiviteten til immunsystemet, fører til sykdommer i hjertet og blodårene.

Selvfølgelig er det umulig å fullstendig forlate bruken av tekniske midler som er kilden til et elektromagnetisk felt. Men du kan bruke de enkleste forebyggende tiltakene, for eksempel bruk telefonen bare med et headset, ikke la apparatledninger ligge i stikkontakter etter bruk av utstyret. I hverdagen anbefales det å bruke skjøteledninger og kabler med beskyttende skjerming.