Okoli česa nastane elektromagnetno polje? Izrek o kroženju magnetnega polja

1. Uvod. Predmet študija valeologije.

3. Glavni viri elektromagnetnega polja.

5. Metode varovanja zdravja ljudi pred elektromagnetnimi vplivi.

6. Seznam uporabljenega gradiva in literature.

1. Uvod. Predmet študija valeologije.

1.1 Uvod.

Valeologija - iz lat. "valeo" - "zdravo" je znanstvena disciplina, ki preučuje individualno zdravje zdrave osebe. Temeljna razlika med valeologijo in drugimi disciplinami (zlasti od praktične medicine) je ravno v individualnem pristopu k ocenjevanju zdravja vsakega posameznega subjekta (brez upoštevanja splošnih in povprečnih podatkov za katero koli skupino).

Prvič je bila valeologija kot znanstvena disciplina uradno registrirana leta 1980. Njegov ustanovitelj je bil ruski znanstvenik I. I. Brekhman, ki je delal na Državni univerzi v Vladivostoku.

Trenutno se nova disciplina aktivno razvija, zbirajo se znanstvena dela in aktivno potekajo praktične raziskave. Postopoma poteka prehod iz statusa znanstvene discipline v status samostojne znanosti.

1.2 Predmet študija valeologije.

Predmet proučevanja valeologije je individualno zdravje zdravega človeka in dejavniki, ki nanj vplivajo. Prav tako se valeologija ukvarja s sistematizacijo zdravega načina življenja ob upoštevanju individualnosti določenega predmeta.

Najpogostejša definicija pojma "zdravje" v tem trenutku je definicija, ki so jo predlagali strokovnjaki Svetovne zdravstvene organizacije (WHO):

Zdravje je stanje telesnega, duševnega in socialnega blagostanja.

Sodobna valeologija identificira naslednje glavne značilnosti zdravja posameznika:

1. Življenje je najkompleksnejša manifestacija obstoja materije, ki po kompleksnosti presega različne fizikalno-kemijske in bioreakcije.

2. Homeostaza je kvazistatično stanje življenjskih oblik, za katero je značilna spremenljivost v relativno dolgih časovnih obdobjih in praktična statičnost v kratkih obdobjih.

3. Prilagoditev – sposobnost življenjskih oblik, da se prilagodijo na spreminjajoče se pogoje obstoja in preobremenitve. Pri prilagoditvenih motnjah ali prenaglih in radikalnih spremembah razmer pride do neprilagojenosti – stresa.

4. Fenotip je kombinacija okoljskih dejavnikov, ki vplivajo na razvoj živega organizma. Tudi izraz "fenotip" označuje niz značilnosti razvoja in fiziologije organizma.

5. Genotip je kombinacija dednih dejavnikov, ki vplivajo na razvoj živega organizma, ki je kombinacija genetskega materiala staršev. Ko se deformirani geni prenašajo od staršev, nastanejo dedne patologije.

6. Življenjski slog – skupek vedenjskih stereotipov in norm, ki so značilni za določen organizem.

Zdravje (kot ga je opredelila WHO).

2. Elektromagnetno polje, njegove vrste, značilnosti in razvrstitev.

2.1 Osnovne definicije. Vrste elektromagnetnega polja.

Elektromagnetno polje je posebna oblika snovi, skozi katero prihaja do interakcije med električno nabitimi delci.

Električno polje – ustvarjajo ga električni naboji in nabiti delci v prostoru. Slika prikazuje sliko poljskih črt (namišljenih črt, ki se uporabljajo za vizualno predstavitev polj) električnega polja za dva nabita delca v mirovanju:

Magnetno polje - nastane zaradi gibanja električnih nabojev vzdolž prevodnika. Slika poljskih črt za en vodnik je prikazana na sliki:

Fizični razlog za obstoj elektromagnetnega polja je v tem, da časovno spremenljivo električno polje vzbuja magnetno polje, spreminjajoče se magnetno polje pa vzbuja vrtinčno električno polje. Obe komponenti, ki se nenehno spreminjata, podpirata obstoj elektromagnetnega polja. Polje mirujočega ali enakomerno gibajočega se delca je neločljivo povezano z nosilcem (nabitim delcem).

S pospešenim gibanjem nosilcev pa se elektromagnetno polje od njih "odcepi" in obstaja v okolju samostojno, v obliki elektromagnetnega valovanja, ne da bi izginilo z odstranitvijo nosilca (npr. radijski valovi ne izginejo ko izgine tok (gibanje nosilcev – elektronov) v anteni, ki jih oddaja).

2.2 Osnovne značilnosti elektromagnetnega polja.

Električno polje je označeno z električno poljsko jakostjo (oznaka “E”, SI dimenzija – V/m, vektor). Magnetno polje je označeno z jakostjo magnetnega polja (oznaka “H”, SI dimenzija – A/m, vektor). Običajno se meri modul (dolžina) vektorja.

Za elektromagnetno valovanje je značilna valovna dolžina (oznaka "(", dimenzija SI - m), vir oddajanja - frekvenca (oznaka - "(", dimenzija SI - Hz). Na sliki je E vektor električne poljske jakosti, H je vektor jakosti magnetnega polja.

Pri frekvencah 3 – 300 Hz lahko kot karakteristiko magnetnega polja uporabimo tudi koncept magnetne indukcije (oznaka “B”, dimenzija SI - T).

2.3 Razvrstitev elektromagnetnih polj.

Najpogosteje uporabljena je tako imenovana »conska« klasifikacija elektromagnetnih polj glede na stopnjo oddaljenosti od vira/nosilca.

V skladu s to klasifikacijo je elektromagnetno polje razdeljeno na "bližnje" in "daleč" območja. "Bližnje" območje (včasih imenovano indukcijsko območje) sega do razdalje od vira, ki je enaka 0-3(,de ( - dolžina elektromagnetnega valovanja, ki ga ustvarja polje. V tem primeru se jakost polja hitro zmanjša ( sorazmerno s kvadratom ali kubom razdalje do vira). V tem območju ustvarjeno elektromagnetno valovanje še ni popolnoma oblikovano.

»Daljno« območje je območje oblikovanega elektromagnetnega valovanja. Pri tem poljska jakost pada v obratnem sorazmerju z razdaljo do vira. V tem območju velja eksperimentalno ugotovljeno razmerje med električno in magnetno poljsko jakostjo:

kjer je 377 konstantna valovna impedanca vakuuma, Ohm.

Elektromagnetni valovi so običajno razvrščeni po frekvenci:

|Ime |Meje |Ime |Meje |

|.razpon valov |

|. Izjemno nizka, | Hz |. Dekamegameter | Mm |

|Izjemno nizek, SLF | Hz |. Megameter | Mm |

|Zelo nizko, VLF | KHz |. Mirameter | km |

|Nizke frekvence, LF| KHz|Kilometer | km |

|Povprečje, srednje | MHz |. Hektometer | km |

|Visoka, HF | MHz |. Dekameter | m |

|Zelo visoko, VHF| MHz|Meter | m |

|Ultravisoki, UHF| GHz |Decimeter | m |

|Ultravisoko, mikrovalovno | GHz |. Centimeter | cm |

|. Izjemno visoko, | GHz|Milimeter | mm |

Običajno se meri le električna poljska jakost E. Pri frekvencah nad 300 MHz se včasih meri gostota valovne energije ali kazalni vektor (oznaka “S”, SI dimenzija - W/m2).

3. Glavni viri elektromagnetnega polja.

Glavne vire elektromagnetnega polja lahko identificiramo:

Daljnovodi.

Električna napeljava (znotraj zgradb in objektov).

Gospodinjski električni aparati.

Osebni računalniki.

TV in radijske postaje.

Satelitske in mobilne komunikacije (naprave, repetitorji).

Električni transport.

Radarske instalacije.

3.1 Električni vodi (PTL).

Žice delujočega daljnovoda ustvarjajo elektromagnetno polje industrijske frekvence (50 Hz) v sosednjem prostoru (na razdalji reda več deset metrov od žice). Poleg tega se lahko poljska jakost v bližini črte spreminja v širokih mejah, odvisno od njegove električne obremenitve. Standardi določajo meje sanitarno varstvenih območij v bližini električnih vodov (po SN 2971-84):

|delovna napetost |330 in manj |500 |750 |1150 |

|Velikost |20 |30 |40 |55 |

(dejansko so meje sanitarno varstvenega območja vzdolž mejne črte največje električne poljske jakosti, ki je enaka 1 kV / m, najbolj oddaljena od žic).

3.2 Električna napeljava.

Električna napeljava vključuje: napajalne kable za sisteme za vzdrževanje življenja v zgradbi, žice za distribucijo toka, kot tudi razdelilne plošče, napajalne omarice in transformatorje. Električna napeljava je glavni vir elektromagnetnih polj industrijske frekvence v stanovanjskih prostorih. V tem primeru je raven električne poljske jakosti, ki jo oddaja vir, pogosto relativno nizka (ne presega 500 V/m).

3.3 Gospodinjski električni aparati.

Viri elektromagnetnega sevanja so vsi gospodinjski aparati, ki delujejo na električni tok. V tem primeru se raven sevanja razlikuje v širokih mejah glede na model, zasnovo naprave in določen način delovanja. Prav tako je stopnja sevanja močno odvisna od porabe energije naprave – večja kot je moč, višja je raven elektromagnetnega polja med delovanjem naprave. Električna poljska jakost v bližini električnih gospodinjskih aparatov ne presega več deset V/m.

Spodnja tabela prikazuje največje dovoljene ravni magnetne indukcije za najmočnejše vire magnetnega polja med gospodinjskimi električnimi aparati:

|Naprava |Interval največje dopustne |

| |vrednosti magnetne indukcije, µT|

|Aparat za kavo | |

|Pralni stroj | |

|Železo | |

|Sesalnik | |

|Električni štedilnik | |

| Dnevna svetilka (fluorescenčne sijalke LTB, | |

|.Električni vrtalnik (elektromotor | |

|. moč W) | |

|.Električni mešalnik (moč elektromotorja | |

| W) | |

|TV | |

|Mikrovalovna pečica (indukcijska, mikrovalovna) | |

3.4 Osebni računalniki.

Glavni vir škodljivih učinkov na zdravje uporabnika računalnika je vizualni prikaz (VDI) monitorja. V večini sodobnih monitorjev je CVO katodna cev. V tabeli so navedeni glavni dejavniki, ki vplivajo na zdravje SVR:

|Ergonomski |Dejavniki elektromagnetnega vpliva |

| |polja katodne cevi |

| Znatno zmanjšanje kontrasta |

|. reproducirana slika v območju |. |

|.zunanja osvetlitev zaslona z direktnimi žarki | |

|lahka. | |

|.Zrcalni odboj svetlobnih žarkov od |.Elektrostatičnega naboja na površini |

|površino zaslona (bleščanje). |zaslon monitorja. |

|Lik iz risanke |Ultravijolično sevanje (razpon |

|reprodukcija slike |valovne dolžine nm). |

|(visokofrekvenčna neprekinjena posodobitev | |

|.Diskretna narava slike |

|(razdelitev na točke). |ionizirajoče sevanje. |

V prihodnje bomo kot glavne dejavnike vpliva SVO na zdravje upoštevali le dejavnike izpostavljenosti elektromagnetnemu polju katodne cevi.

Poleg monitorja in sistemske enote lahko osebni računalnik vključuje tudi veliko število drugih naprav (kot so tiskalniki, skenerji, prenapetostne zaščite itd.). Vse te naprave delujejo na električni tok, kar pomeni, da so viri elektromagnetnega polja. Naslednja tabela prikazuje elektromagnetno okolje v bližini računalnika (prispevek monitorja v tej tabeli ni upoštevan, kot smo že omenili):

|. Vir |. Ustvarjeno frekvenčno območje |

| |elektromagnetno polje |

|Sestavljanje sistemske enote. |. |

|. V/I naprave (tiskalniki, | Hz. |

|skenerji, diskovni pogoni itd.). | |

|Brezprekinitveni napajalniki, |. |

|linijski filtri in stabilizatorji. | |

Elektromagnetno polje osebnih računalnikov ima zelo zapleteno valovno in spektralno sestavo ter ga je težko izmeriti in kvantificirati. Ima magnetne, elektrostatične in sevalne komponente (zlasti elektrostatični potencial osebe, ki sedi pred monitorjem, se lahko giblje od –3 do +5 V). Glede na dejstvo, da se osebni računalniki zdaj aktivno uporabljajo v vseh sektorjih človeške dejavnosti, je njihov vpliv na zdravje ljudi predmet skrbnega preučevanja in nadzora.

3.5 Televizijske in radijske oddajne postaje.

Rusija trenutno gosti veliko število radijskih postaj in centrov različnih pripadnosti.

Oddajne postaje in centri se nahajajo na posebej določenih območjih in lahko zasedajo precej velika območja (do 1000 hektarjev). V svoji strukturi vključujejo eno ali več tehničnih zgradb, v katerih so nameščeni radijski oddajniki, in antenska polja, na katerih je nameščenih do več deset antenskih dovodnih sistemov (AFS). Vsak sistem vključuje oddajno anteno in napajalni vod, ki dovaja oddajni signal.

Elektromagnetno polje, ki ga oddajajo antene radiodifuzijskih centrov, ima kompleksno spektralno sestavo in individualno porazdelitev jakosti glede na konfiguracijo anten, teren in arhitekturo sosednjih stavb. Nekaj povprečnih podatkov za različne vrste radijskih centrov je predstavljenih v tabeli:

| |polj, V/m. |A/m. | |

|.LW - radijske postaje |

|KHz, | | |razdalje manjše od 1 dolžine |

|moč | | |valovi iz sevalnega |

|500 kW). | | | |

|moč | | |zmanjšana napetost |

|200 kW). | | | |

|.KV radijske postaje |

|MHz, | | |gosto pozidano |

|moč | | |. ozemlja, pa tudi |

|100 kW). | | | |

| MHz, | | |stavbni nivo. |

|moč | | | |

|več). | | | |

3.6 Satelitske in mobilne komunikacije.

3.6.1 Satelitske komunikacije.

Satelitski komunikacijski sistemi so sestavljeni iz oddajne postaje na Zemlji in popotnikov – repetitorjev v orbiti. Satelitske komunikacijske oddajne postaje oddajajo ozko usmerjen valovni žarek, katerega gostota energijskega toka doseže več sto W/m. Satelitski komunikacijski sistemi ustvarjajo visoko jakost elektromagnetnega polja na velikih razdaljah od anten. Na primer, postaja z močjo 225 kW, ki deluje na frekvenci 2,38 GHz, ustvari gostoto energijskega toka 2,8 W/m2 na razdalji 100 km. Disipacija energije glede na glavni žarek je zelo majhna in se pojavi predvsem na območju, kjer je antena neposredno nameščena.

3.6.2 Celične komunikacije.

Celična radiotelefonija je danes eden najhitreje razvijajočih se telekomunikacijskih sistemov. Glavni elementi celičnega komunikacijskega sistema so bazne postaje in mobilni radiotelefoni. Bazne postaje vzdržujejo radijsko komunikacijo z mobilnimi napravami, zaradi česar so viri elektromagnetnih polj. Sistem uporablja načelo razdelitve območja pokritosti na cone ali tako imenovane »celice« s polmerom km. Spodnja tabela prikazuje glavne značilnosti mobilnih komunikacijskih sistemov, ki delujejo v Rusiji:

| | | | | tor |km. |

|NMT450. | |

|Analogno. |5] |5] | | | |

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

|VLAŽE (IS – |||50 |0,2 | |

|136). | | | | | |

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

|GSM – 900. |||40 |0,25 | |

|GSM – 1800. | |

|Digitalno. |0] |5] | | | |

Intenzivnost sevanja bazne postaje določa obremenitev, to je prisotnost lastnikov mobilnih telefonov v območju delovanja določene bazne postaje in njihova želja po uporabi telefona za pogovor, kar je v bistvu odvisno od ure v dnevu, lokacije postaje, dneva v tednu in drugih dejavnikov. Ponoči je obremenitev postaje skoraj nič. Intenzivnost sevanja mobilnih naprav je v veliki meri odvisna od stanja komunikacijskega kanala »mobilni radiotelefon – bazna postaja« (večja ko je oddaljenost od bazne postaje, večja je intenzivnost sevanja naprave).

3.7 Električni transport.

Električni promet (trolejbusi, tramvaji, podzemni vlaki itd.) je močan vir elektromagnetnega polja v frekvenčnem območju Hz. Pri tem ima v veliki večini primerov vlogo glavnega oddajnika vlečni elektromotor (pri trolejbusih in tramvajih antenski odjemniki toka tekmujejo z elektromotorjem po jakosti oddajanega električnega polja). Tabela prikazuje podatke o izmerjeni vrednosti magnetne indukcije za nekatere vrste električnega transporta:

|Način prevoza in vrsta |Povprečna vrednost |Največja vrednost |

|. trenutna poraba. |magnetna indukcija, µT. |. Magnetna velikost |

| | |indukcija, µT. |

|Primestni električni vlaki.|20 |75 |

|Električni transport z |29 |110 |

|DC pogon | | |

|(električni avtomobili itd.). | | |

3.8 Radarske instalacije.

Radarske in radarske naprave imajo običajno reflektorske antene ("krožnike") in oddajajo ozko usmerjen radijski žarek.

Periodično premikanje antene v prostoru vodi do prostorske prekinitve sevanja. Opažena je tudi začasna prekinitev sevanja, ki je posledica cikličnega delovanja radarja na sevanje. Delujejo na frekvencah od 500 MHz do 15 GHz, nekatere posebne naprave pa lahko delujejo na frekvencah do 100 GHz ali več. Zaradi posebne narave sevanja lahko ustvarijo območja z visoko gostoto energijskega toka (100 W/m2 ali več).

4. Vpliv elektromagnetnega polja na zdravje posameznika.

Človeško telo vedno reagira na zunanje elektromagnetno polje. Zaradi različne sestave valov in drugih dejavnikov elektromagnetno polje različnih virov vpliva na človekovo zdravje na različne načine. Zato bomo v tem razdelku ločeno obravnavali vpliv različnih virov na zdravje. Vendar pa polje umetnih virov, ki je v ostrem neskladju z naravnim elektromagnetnim ozadjem, skoraj v vseh primerih negativno vpliva na zdravje ljudi v območju njegovega vpliva.

Obsežne raziskave vplivov elektromagnetnega sevanja na zdravje so se pri nas začele v 60. letih prejšnjega stoletja. Ugotovljeno je bilo, da je človeški živčni sistem občutljiv na elektromagnetne vplive in da ima polje tako imenovani informacijski učinek, če je človek izpostavljen intenzivnosti pod mejno vrednostjo toplotnega učinka (velikost poljske jakosti, pri kateri njegov toplotni učinek se začne kazati).

Spodnja tabela prikazuje najpogostejše pritožbe o poslabšanju zdravstvenega stanja ljudi na območju izpostavljenosti poljem iz različnih virov. Zaporedje in oštevilčenje virov v tabeli ustreza njihovemu zaporedju in oštevilčenju, sprejetemu v 3. razdelku:

|Vir |Najpogostejše pritožbe. |

|elektromagnetne | |

|1. Linije |Kratkotrajno obsevanje (reda nekaj minut) lahko|

|. daljnovodi (električni vodi). |privedejo do negativne reakcije samo pri tistih, ki so posebej občutljivi |

| |. ljudi ali bolnikov z določenimi vrstami alergij |

| |. bolezni. Dolgotrajna izpostavljenost običajno povzroči |

| |različne patologije srčno-žilnega in živčnega sistema |

| |(zaradi neravnovesja podsistema živčne regulacije). Ko |

| |ultra dolgo (približno 10-20 let) neprekinjeno obsevanje |

| |možen (po nepreverjenih podatkih) razvoj nekaterih |

| |onkološke bolezni. |

|2. Interno | Aktualni podatki o reklamacijah poslabšanja |

|električne napeljave stavb|zdravstveno povezane neposredno z delom notranjih |

|. in zgradbe. |ni električnih omrežij. |

|3. Gospodinjstvo |. Obstajajo nepreverjeni podatki o kožnih težavah, |

| električnih naprav. |srčno-žilne in živčne patologije pri dolgotrajni |

| |.sistematična uporaba starih mikrovalovnih pečic |

| |modeli (do 1995). Obstajajo tudi podobni |

| |podatke o uporabi vseh mikrovalovnih pečic |

| |modeli v proizvodnih pogojih (npr. za ogrevanje |

| |. hrana v kavarni). Poleg mikrovalovnih pečic obstajajo podatki o |

| |. negativen vpliv na zdravje ljudi s televizorji |

| |.kot naprava za vizualizacijo, katodna cev. |

Elektromagnetno polje je izmenično električno in magnetno polje, ki se medsebojno ustvarjata.
Teorijo elektromagnetnega polja je ustvaril James Maxwell leta 1865.

Teoretično je dokazal, da:
vsaka sprememba magnetnega polja skozi čas povzroči spreminjanje električnega polja in vsaka sprememba električnega polja skozi čas povzroči spreminjanje magnetnega polja.
Če se električni naboji gibljejo pospešeno, potem se električno polje, ki ga ustvarijo, občasno spreminja in samo ustvarja izmenično magnetno polje v prostoru itd.

Viri elektromagnetnega polja so lahko:
- premikajoči se magnet;
- električni naboj, ki se premika s pospeševanjem ali nihanjem (v nasprotju z nabojem, ki se giblje s konstantno hitrostjo, na primer v primeru enosmernega toka v prevodniku, tukaj nastane konstantno magnetno polje).

Okoli električnega naboja vedno obstaja električno polje, v katerem koli referenčnem sistemu obstaja magnetno polje v tistem, glede na katerega se električni naboji premikajo.
V referenčnem sistemu obstaja elektromagnetno polje, glede na katerega se električni naboji premikajo pospešeno.

POSKUSITE REŠITI

Košček jantarja so podrgnili ob krpo in ta se je napolnil s statično elektriko. Kakšno polje lahko najdemo okoli negibnega jantarja? Okoli premikajočega se?

Naelektreno telo glede na površino zemlje miruje. Avto se giblje enakomerno in premočrtno glede na površino zemlje. Ali je mogoče zaznati konstantno magnetno polje v referenčnem sistemu, povezanem z avtomobilom?

Kakšno polje se pojavi okoli elektrona, če ta: miruje; premika se s konstantno hitrostjo; premikanje s pospeškom?

Kineskop ustvarja tok enakomerno gibajočih se elektronov. Ali je mogoče zaznati magnetno polje v referenčnem sistemu, povezanem z enim od gibajočih se elektronov?

ELEKTROMAGNETNI VALOVI

Elektromagnetno valovanje je elektromagnetno polje, ki se v prostoru širi s končno hitrostjo, odvisno od lastnosti medija.

Lastnosti elektromagnetnega valovanja:
- se širijo ne samo v materiji, ampak tudi v vakuumu;
- v vakuumu se širijo s svetlobno hitrostjo (C = 300.000 km/s);
- to so prečni valovi;
- to so potujoči valovi (prenašajo energijo).

Vir elektromagnetnega valovanja so pospešeno premikajoči se električni naboji.
Nihanje električnih nabojev spremlja elektromagnetno sevanje s frekvenco, ki je enaka frekvenci nihanja naboja.

LESTVICA ELEKTROMAGNETNEGA VALOVANJA

Ves prostor okoli nas je prežet z elektromagnetnim sevanjem. Sonce, telesa okoli nas in antene oddajnikov oddajajo elektromagnetno valovanje, ki se glede na frekvenco nihanja različno poimenuje.

Radijski valovi so elektromagnetni valovi (z valovno dolžino od več kot 10000 m do 0,005 m), ki se uporabljajo za prenos signalov (informacij) na daljavo brez žic.
V radijskih komunikacijah radijske valove ustvarjajo visokofrekvenčni tokovi, ki tečejo v anteni.
Radijski valovi različnih valovnih dolžin potujejo različno.

Elektromagnetno sevanje z valovno dolžino, manjšo od 0,005 m, vendar večjo od 770 nm, to je, ki leži med območjem radijskih valov in območjem vidne svetlobe, imenujemo infrardeče sevanje (IR).
Infrardeče sevanje oddaja vsako segreto telo. Viri infrardečega sevanja so peči, radiatorji za ogrevanje vode in električne žarnice z žarilno nitko. S posebnimi napravami lahko infrardeče sevanje pretvorimo v vidno svetlobo in dobimo slike segretih predmetov v popolni temi. Infrardeče sevanje uporabljamo za sušenje pobarvanih izdelkov, gradbenih zidov in lesa.

Vidna svetloba vključuje sevanje z valovno dolžino od približno 770 nm do 380 nm, od rdeče do vijolične svetlobe. Pomen tega dela spektra elektromagnetnega sevanja v človekovem življenju je izjemno velik, saj človek skozi vid prejme skoraj vse informacije o svetu okoli sebe. Svetloba je predpogoj za razvoj zelenih rastlin in s tem nujen pogoj za obstoj življenja na Zemlji.

Očesu nevidno elektromagnetno sevanje z valovno dolžino, krajšo od vijolične svetlobe, imenujemo ultravijolično sevanje (UV). Ultravijolično sevanje lahko uniči benigne bakterije, zato se pogosto uporablja v medicini. Ultravijolično sevanje v sestavi sončne svetlobe povzroča biološke procese, ki vodijo v temnenje človeške kože – porjavitev. Razelektritvene sijalke se v medicini uporabljajo kot viri ultravijoličnega sevanja. Cevi takšnih svetilk so izdelane iz kremena, prozorne za ultravijolične žarke; Zato se te svetilke imenujejo kvarčne sijalke.

Rentgenski žarki (Ri) so nevidni. Brez pomembne absorpcije prehajajo skozi pomembne plasti snovi, ki so neprozorne za vidno svetlobo. Rentgenske žarke zaznamo po njihovi sposobnosti, da povzročijo določen sijaj v določenih kristalih in delujejo na fotografski film. Sposobnost rentgenskih žarkov, da prodrejo skozi debele plasti snovi, se uporablja za diagnosticiranje bolezni človeških notranjih organov.

Elektromagnetno polje

Elektromagnetno polje se nanaša na vrsto snovi, ki se pojavi okoli premikajočih se nabojev. Sestavljen je iz električnega in magnetnega polja. Njihov obstoj je med seboj povezan, saj ne morejo obstajati ločeno in neodvisno drug od drugega, saj eno polje generira drugo.

Zdaj pa poskusimo podrobneje pristopiti k temi elektromagnetnega polja. Iz definicije lahko sklepamo, da se v primeru spremembe električnega polja pojavijo predpogoji za nastanek magnetnega polja. In ker se električno polje sčasoma spreminja in ga ne moremo imenovati konstantno, je tudi magnetno polje spremenljivo.

Ko se eno polje spremeni, se ustvari drugo. In ne glede na to, kakšno bo naslednje polje, bo vir prejšnje polje, to je prevodnik s tokom, in ne njegov izvorni vir.

In tudi če se tok v prevodniku izklopi, elektromagnetno polje ne bo nikamor izginilo, ampak bo še naprej obstajalo in se širilo v prostoru.

Lastnosti elektromagnetnega valovanja

Maxwellova teorija. Vrtinsko električno polje

James Clerk Maxwell, slavni britanski fizik, je leta 1857 napisal članek, v katerem je podal dokaze, da so polja, kot sta električno in magnetno, tesno povezana.

Po njegovi teoriji je sledilo, da ima izmenično magnetno polje lastnost ustvarjanja novega električnega polja, ki se razlikuje od prejšnjega električnega polja, ustvarjenega z uporabo tokovnega vira, saj je to novo električno polje vrtinčno.

In tukaj vidimo, da je vrtinčno električno polje polje, v katerem so poljske črte sklenjene. To pomeni, da je treba upoštevati, da ima električno polje enake zaprte črte kot magnetno polje.

Iz tega sledi, da je izmenično magnetno polje sposobno ustvariti vrtinčno električno polje, vrtinčno električno polje pa ima sposobnost premikanja nabojev. In kot rezultat dobimo induktivni električni tok. Iz Maxwellovega dela sledi, da polja, kot sta električna in magnetna, med seboj tesno obstajajo.

To pomeni, da je za obstoj magnetnega polja potreben premikajoči se električni naboj. No, električno polje nastane zaradi mirujočega električnega naboja. Tako transparentno razmerje obstaja med polji. Iz tega lahko potegnemo še en sklep, da je mogoče v različnih referenčnih sistemih opazovati različne vrste polj.

Če sledimo Maxwellovi teoriji, lahko povzamemo, da izmenična električna in magnetna polja ne morejo obstajati ločeno, saj ko se magnetno polje spremeni, generira električno, spreminjajoče se električno polje pa generira magnetno polje.

Naravni viri elektromagnetnih polj

Za sodobnega človeka ni skrivnost, da nas elektromagnetna polja, čeprav našim očem ostajajo nevidna, obdajajo povsod.

Naravni viri EMF vključujejo:

Prvič, to je stalno električno in magnetno polje Zemlje.
Drugič, takšni viri vključujejo radijske valove, ki transformirajo kozmične vire, kot so Sonce, zvezde itd.
Tretjič, ti viri so tudi atmosferski procesi, kot so razelektritve strele itd.

Antropogeni (umetni) viri elektromagnetnih polj

Poleg naravnih virov EMF nastajajo tudi zaradi antropogenih virov. Takšni viri vključujejo rentgenske žarke, ki se uporabljajo v zdravstvenih ustanovah. Uporabljajo se tudi za prenos informacij z uporabo različnih radijskih postaj, postaj mobilne komunikacije in tudi TV anten. Da, in električna energija, ki je v vsaki vtičnici, prav tako ustvarja EMF, vendar nižje frekvence.

Vpliv EMF na zdravje ljudi

Sodobna družba si trenutno ne more predstavljati svojega življenja brez takšnih koristi civilizacije, kot so prisotnost različnih gospodinjskih aparatov, računalnikov in mobilnih komunikacij. Seveda nam olajšajo življenje, vendar ustvarjajo elektromagnetna polja okoli nas. Seveda ne moremo videti elektromagnetnih sevanj, vendar nas obkrožajo povsod. Prisotni so v naših domovih, na delovnem mestu in celo v prevozu.

Mirno lahko trdimo, da sodobni človek živi v neprekinjenem elektromagnetnem polju, ki ima na žalost velik vpliv na zdravje ljudi. Pri dolgotrajnem vplivu elektromagnetnega polja na človeško telo se pojavijo neprijetni simptomi, kot so kronična utrujenost, razdražljivost, motnje spanja, pozornosti in spomina. Tako dolgotrajna izpostavljenost elektromagnetnemu sevanju lahko povzroči glavobole, neplodnost, motnje v delovanju živčnega in srčnega sistema ter pojav raka.

Kaj je elektromagnetno polje, kako vpliva na zdravje ljudi in zakaj ga je treba meriti - se boste naučili iz tega članka. Še naprej vas seznanjamo z asortimanom naše trgovine, vam bomo povedali o uporabnih napravah - indikatorjih jakosti elektromagnetnega polja (EMF). Uporabljajo se lahko tako v podjetjih kot doma.

Kaj je elektromagnetno polje?

Sodobnega sveta si ni mogoče zamisliti brez gospodinjskih aparatov, mobilnih telefonov, elektrike, tramvajev in trolejbusov, televizorjev in računalnikov. Navajeni smo nanje in sploh ne razmišljamo o dejstvu, da vsaka električna naprava okoli sebe ustvarja elektromagnetno polje. Je neviden, vendar vpliva na vse žive organizme, vključno s človekom.

Elektromagnetno polje je posebna oblika snovi, ki nastane pri interakciji gibajočih se delcev z električnimi naboji. Električno in magnetno polje sta med seboj povezana in se lahko generirata – zato ju praviloma skupaj imenujemo eno, elektromagnetno polje.

Glavni viri elektromagnetnih polj vključujejo:

- daljnovodi;
— transformatorske postaje;
— električne napeljave, telekomunikacije, televizijski in internetni kabli;
— stolpi za mobilne telefone, radijski in televizijski stolpi, ojačevalniki, antene za mobilne in satelitske telefone, usmerjevalniki Wi-Fi;
— računalniki, televizorji, zasloni;
— gospodinjski električni aparati;
— indukcijske in mikrovalovne pečice;
— električni transport;
— radarji.

Vpliv elektromagnetnih polj na zdravje ljudi

Elektromagnetna polja vplivajo na vse biološke organizme - rastline, žuželke, živali, ljudi. Znanstveniki, ki preučujejo učinke EMF na človeka, so ugotovili, da lahko dolgotrajna in redna izpostavljenost elektromagnetnemu sevanju povzroči:
- povečana utrujenost, motnje spanja, glavoboli, znižan krvni tlak, zmanjšan srčni utrip;
— motnje v imunskem, živčnem, endokrinem, reproduktivnem, hormonskem in kardiovaskularnem sistemu;
— razvoj onkoloških bolezni;
— razvoj bolezni centralnega živčnega sistema;
- alergijske reakcije.

EMF zaščita

Obstajajo sanitarni standardi, ki določajo najvišje dovoljene ravni jakosti elektromagnetnega polja glede na čas, preživet v nevarnem območju - za stanovanjske prostore, delovna mesta, kraje v bližini virov močnih polj. Če sevanja ni mogoče strukturno zmanjšati, na primer iz elektromagnetnega prenosnega voda (EMT) ali celičnega stolpa, se razvijejo servisna navodila, zaščitna oprema za delovno osebje in sanitarna karantenska območja z omejenim dostopom.

Različna navodila urejajo čas bivanja osebe v nevarnem območju. Zaščitne mreže, filmi, zasteklitve, obleke iz metalizirane tkanine na osnovi polimernih vlaken lahko zmanjšajo intenzivnost elektromagnetnega sevanja za tisočkrat. Na zahtevo GOST so območja sevanja EMF ograjena in opremljena z opozorilnimi znaki "Ne vstopajte, nevarno!" in znak za nevarnost elektromagnetnega polja.

Posebne službe uporabljajo instrumente za stalno spremljanje stopnje intenzivnosti EMF na delovnih mestih in v stanovanjskih prostorih. Za svoje zdravje lahko poskrbite sami z nakupom prenosne naprave Impuls ali kompleta Impuls + tester nitratov SOEKS.

Zakaj potrebujemo gospodinjske naprave za merjenje jakosti elektromagnetnega polja?

Elektromagnetno polje negativno vpliva na zdravje ljudi, zato je koristno vedeti, katera mesta, ki jih obiskujete (doma, v pisarni, na vrtu, v garaži), lahko predstavljajo nevarnost. Zavedati se morate, da lahko povečano elektromagnetno ozadje ustvarijo ne le vaši električni aparati, telefoni, televizorji in računalniki, temveč tudi okvarjene napeljave, električni aparati sosedov in industrijski objekti v bližini.

Strokovnjaki so ugotovili, da je kratkotrajna izpostavljenost človeka EMF praktično neškodljiva, dolgotrajno bivanje na območju z visokim elektromagnetnim ozadjem pa je nevarno. To so območja, ki jih je mogoče zaznati z napravami tipa "Impulz". Tako lahko preverite kraje, kjer preživite največ časa; otroška soba in vaša spalnica; študija. Naprava vsebuje vrednosti, ki jih določajo regulativni dokumenti, tako da lahko takoj ocenite stopnjo nevarnosti za vas in vaše ljubljene. Možno je, da se boste po pregledu odločili računalnik odmakniti od postelje, se znebiti mobilnega telefona z ojačano anteno, zamenjati staro mikrovalovno pečico z novo, zamenjati izolacijo na vratih hladilnika z Ne. Način zmrzali.

Shmelev V.E., Sbitnev S.A.

"TEORETIČNE OSNOVE ELEKTROTEHNIKE"

"TEORIJA ELEKTROMAGNETNEGA POLJA"

Poglavje 1. Osnovni koncepti teorije elektromagnetnega polja

§ 1.1. Opredelitev elektromagnetnega polja in njegovih fizikalnih veličin.
Matematični aparat teorije elektromagnetnega polja

Elektromagnetno polje(EMF) je vrsta snovi, ki deluje s silo na nabite delce in je na vseh točkah določena z dvema paroma vektorskih veličin, ki označujeta njeni dve strani - električno in magnetno polje.

Električno polje- to je komponenta EMF, za katero je značilen učinek na električno nabit delec s silo, ki je sorazmerna z nabojem delca in neodvisna od njegove hitrosti.

Magnetno polje je komponenta EMF, za katero je značilen učinek na gibajoči se delec s silo, ki je sorazmerna naboju delca in njegovi hitrosti.

Osnovne lastnosti in metode izračunavanja EMF, ki se preučujejo pri predmetu teoretične osnove elektrotehnike, vključujejo kvalitativno in kvantitativno študijo EMF, ki jih najdemo v električnih, elektronskih in biomedicinskih napravah. Za ta namen so najprimernejše enačbe elektrodinamike v integralni in diferencialni obliki.

Matematični aparat teorije elektromagnetnega polja (TEMF) temelji na skalarni teoriji polja, vektorski in tenzorski analizi ter diferencialnem in integralnem računu.

Kontrolna vprašanja

1. Kaj je elektromagnetno polje?

2. Kaj imenujemo električno in magnetno polje?

3. Na čem temelji matematični aparat teorije elektromagnetnega polja?

§ 1.2. Fizikalne količine, ki označujejo EMF

Vektor električne poljske jakosti na točki Q je vektor sile, ki deluje na električno nabit nepremični delec, postavljen v točko Q, če ima ta delec enotni pozitivni naboj.

Po tej definiciji je električna sila, ki deluje na točkovni naboj q je enako:

Kje E merjeno v V/m.

Magnetno polje je označeno vektor magnetne indukcije. Magnetna indukcija na neki točki opazovanja Q je vektorska količina, katere modul je enak magnetni sili, ki deluje na nabit delec, ki se nahaja v točki Q, ki ima enotski naboj in se giblje z enotsko hitrostjo, vektorji sile, hitrosti, magnetne indukcije in naboj delca pa izpolnjujejo pogoj

Magnetno silo, ki deluje na ukrivljen prevodnik, po katerem teče tok, je mogoče določiti s formulo

Na ravni vodnik, če je v enakomernem polju, deluje naslednja magnetna sila

V vseh najnovejših formulah B - magnetna indukcija, ki se meri v teslu (T).

1 T je magnetna indukcija, pri kateri na ravni vodnik s tokom 1A deluje magnetna sila enaka 1 N, če so črte magnetne indukcije usmerjene pravokotno na vodnik s tokom in če je dolžina vodnika 1 m.

Poleg električne poljske jakosti in magnetne indukcije se v teoriji elektromagnetnega polja upoštevajo naslednje vektorske količine:

1) električna indukcija D (električni premik), ki se meri v C/m 2,

EMF vektorji so funkcije prostora in časa:

Kje Q- opazovalnica, t- trenutek časa.

Če je opazovalna točka Q je v vakuumu, potem veljajo med ustreznimi pari vektorskih veličin naslednje relacije

kjer je absolutna dielektrična konstanta vakuuma (osnovna električna konstanta), =8,85419*10 -12;

Absolutna magnetna prepustnost vakuuma (osnovna magnetna konstanta); = 4π*10 -7 .

Kontrolna vprašanja

1. Kaj je električna poljska jakost?

2. Kaj imenujemo magnetna indukcija?

3. Kakšna je magnetna sila, ki deluje na gibajoči se naelektreni delec?

4. Kakšna je magnetna sila, ki deluje na vodnik, po katerem teče tok?

5. Za katere vektorske količine je značilno električno polje?

6. Za katere vektorske količine je značilno magnetno polje?

§ 1.3. Viri elektromagnetnega polja

Viri EMF so električni naboji, električni dipoli, gibljivi električni naboji, električni tokovi, magnetni dipoli.

Koncepti električnega naboja in električnega toka so podani v tečaju fizike. Električni tokovi so treh vrst:

1. Prevodni tokovi.

2. Pomikovni tokovi.

3. Prenosni tokovi.

Prevodni tok- hitrost prehoda gibljivih nabojev električno prevodnega telesa skozi določeno površino.

Prednapetostni tok- hitrost spremembe toka vektorja električnega premika skozi določeno površino.

Prenosni tok označen z naslednjim izrazom

Kje v - hitrost prenosa teles skozi površino S; n - vektor normale enote na površino; - linearna gostota naboja teles, ki letijo skozi površino v smeri normale; ρ - prostorninska gostota električnega naboja; ρ v - gostota prenosnega toka.

Električni dipol imenujemo par točkastih nabojev + q in - q, ki se nahaja na daljavo l drug od drugega (slika 1).

Točkovni električni dipol je označen z vektorjem električnega dipolnega momenta:

Magnetni dipol imenujemo ravno vezje z električnim tokom JAZ. Magnetni dipol je označen z vektorjem magnetnega dipolnega momenta

Kje S - vektor površine ravne površine, raztegnjene čez tokokrog. Vektor S usmerjen pravokotno na to ravno površino in, gledano s konca vektorja S , potem se bo gibanje vzdolž konture v smeri, ki sovpada s smerjo toka, zgodilo v nasprotni smeri urinega kazalca. To pomeni, da je smer vektorja dipolnega magnetnega momenta povezana s smerjo toka po pravilu desnega vijaka.

Atomi in molekule snovi so električni in magnetni dipoli, zato lahko vsako točko materialne vrste v EMF označimo z volumetrično gostoto električnega in magnetnega dipolnega momenta:

p - električna polarizacija snovi:

M - magnetizacija snovi:

Električna polarizacija snovi je vektorska količina, ki je enaka volumetrični gostoti električnega dipolnega momenta na neki točki realnega telesa.

Magnetizacija snovi je vektorska količina, ki je enaka volumetrični gostoti magnetnega dipolnega momenta na neki točki materialnega telesa.

Električna pristranskost je vektorska količina, ki jo za vsako opazovalno točko, ne glede na to ali je v vakuumu ali v materiji, določimo iz razmerja:

(za vakuum ali snov),

(samo vakuum).

Jakost magnetnega polja- vektorsko količino, ki jo za vsako opazovalno točko, ne glede na to, ali je v vakuumu ali v snovi, določimo iz razmerja:

kjer se jakost magnetnega polja meri v A/m.

Poleg polarizacije in magnetizacije obstajajo tudi drugi volumetrično porazdeljeni viri EMF:

- volumetrična gostota naboja ; ,

kjer se volumetrična gostota naboja meri v C/m3;

- vektor gostote električnega toka, katere normalna komponenta je enaka

Na splošno je tok, ki teče skozi odprto površino S, je enak vektorskemu toku gostote toka skozi to površino:

kjer se vektor gostote električnega toka meri v A/m 2.

Kontrolna vprašanja

1. Kateri so viri elektromagnetnega polja?

2. Kaj je prevodni tok?

3. Kaj je prednapetostni tok?

4. Kaj je prenosni tok?

5. Kaj je električni dipol in električni dipolni moment?

6. Kaj je magnetni dipol in magnetni dipolni moment?

7. Kaj imenujemo električna polarizacija in magnetizacija snovi?

8. Kaj imenujemo električni premik?

9. Kako se imenuje magnetna poljska jakost?

10. Kakšna je prostorninska gostota električnega naboja in gostota toka?

Primer uporabe MATLAB

Naloga.

dano: Vezje z električnim tokom jaz v prostoru predstavlja obod trikotnika, katerega kartezične koordinate oglišč so podane: x 1 , x 2 , x 3 , l 1 , l 2 , l 3 , z 1 , z 2 , z 3. Tukaj so indeksi številke vozlišč. Oglišča so oštevilčena v smeri toka električnega toka.

Obvezno sestavite funkcijo MATLAB, ki izračuna vektor dipolnega magnetnega momenta zanke. Pri sestavljanju m-datoteke lahko predpostavimo, da se prostorske koordinate merijo v metrih, tok pa v amperih. Dovoljena je poljubna organizacija vhodnih in izhodnih parametrov.

rešitev

% m_dip_moment - izračun magnetnega dipolnega momenta trikotnega vezja s tokom v prostoru

% pm = m_dip_moment(tok,vozlišča)

% VHODNI PARAMETRI

% tok - tok v vezju;

% vozlišč je kvadratna matrika oblike ".", katere vsaka vrstica vsebuje koordinate ustreznega vozlišča.

% IZHODNI PARAMETER

% pm je vrstna matrika kartezičnih komponent vektorja magnetnega dipolnega momenta.

funkcija pm = m_dip_moment(tok,vozlišča);

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

% V zadnjem stavku se vektor ploščine trikotnika pomnoži s tokom

>> vozlišča=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,vozlišča)

13.442 20.637 -2.9692

V tem primeru je delovalo p M = (13,442* 1 x + 20.637*1 l - 2.9692*1 z) A*m 2, če je tok v tokokrogu 1 A.

§ 1.4. Prostorski diferencialni operatorji v teoriji elektromagnetnega polja

Gradient skalarno polje Φ( Q) = Φ( x, y, z) je vektorsko polje, definirano s formulo:

Kje V 1 - območje, ki vsebuje točko Q; S 1 - zaprta površina, ki omejuje območje V 1 , Q 1 - točka, ki pripada površini S 1 ; δ - največja oddaljenost od točke Q do točk na površini S 1 (največ| Q Q 1 |).

Razhajanje vektorsko polje F (Q)=F (x, y, z) imenujemo skalarno polje, definirano s formulo:

Rotor(vrtinčno) vektorsko polje F (Q)=F (x, y, z) je vektorsko polje, definirano s formulo:

gnitje F =

Operater Nabla je vektorski diferencialni operator, ki je v kartezičnih koordinatah definiran s formulo:

Predstavimo grad, div in rot prek operaterja nabla:

Zapišimo te operatorje v kartezične koordinate:

; ;

Laplaceov operator v kartezičnih koordinatah je definiran s formulo:

Diferencialni operatorji drugega reda:

Integralni izreki

Gradientni izrek ;

Divergenčni izrek

Izrek o rotorju

V teoriji EMF se uporablja še en izmed integralnih izrekov:

Kontrolna vprašanja

1. Kaj imenujemo gradient skalarnega polja?

2. Kaj imenujemo divergenca vektorskega polja?

3. Kaj imenujemo ukrivljenost vektorskega polja?

4. Kaj je operator nabla in kako se z njim izražajo diferencialni operatorji prvega reda?

5. Kateri integralni izreki veljajo za skalarna in vektorska polja?

Primer uporabe MATLAB

Naloga.

dano: V prostornini tetraedra se skalarna in vektorska polja spreminjajo po linearnem zakonu. Koordinate oglišč tetraedra so določene z matriko oblike [ x 1 , l 1 , z 1 ; x 2 , l 2 , z 2 ; x 3 , l 3 , z 3 ; x 4 , l 4 , z 4]. Vrednosti skalarnega polja v točkah so določene z matriko [Ф 1 ; F 2; F 3; F 4]. Kartezične komponente vektorskega polja v vozliščih so podane z matriko [ F 1 x, F 1l, F 1z; F 2x, F 2l, F 2z; F 3x, F 3l, F 3z; F 4x, F 4l, F 4z].

Določite v volumnu tetraedra, gradient skalarnega polja, pa tudi divergenco in ukrivljenost vektorskega polja. Za to napišite funkcijo MATLAB.

rešitev. Spodaj je besedilo m-funkcije.

% grad_div_rot - Izračunaj gradient, divergenco in rotor... v prostornini tetraedra

% =grad_div_rot(vozlišča,skalar,vektor)

% VHODNI PARAMETRI

% vozlišč - matrika koordinat oglišč tetraedra:

% vrstic ustreza vozliščem, stolpci - koordinatam;

% skalarno - stolpčna matrika vrednosti skalarnih polj v točkah;

% vektor - matrika komponent vektorskega polja v točkah:

% IZHODNI PARAMETRI

% grad - vrstična matrika kartezičnih komponent gradienta skalarnega polja;

% div - vrednost divergence vektorskega polja v prostornini tetraedra;

% rot je vrstična matrika kartezičnih komponent rotorja vektorskega polja.

% V izračunih je predpostavljeno, da v prostornini tetraedra

% vektorska in skalarna polja se v prostoru spreminjajo po linearnem zakonu.

funkcija =grad_div_rot(vozlišča,skalar,vektor);

a=inv(); % matrika koeficienta linearne interpolacije

grad=(a(2:end,:)*scalar)."; % Gradientne komponente skalarnega polja

div=*vektor(:); % divergenca vektorskega polja

rot=vsota(križ(a(2:konec,:),vektor."),2).";

Primer izvajanja razvite m-funkcije:

>> vozlišča=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(vozlišča,skalar,vektor)

0.16983 -0.03922 -0.17125

0.91808 0.20057 0.78844

Če predpostavimo, da se prostorske koordinate merijo v metrih, vektorska in skalarna polja pa so brezrazsežna, potem v tem primeru dobimo:

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

div F = -1,0112 m -1 ;

gnitje F = (-0.91808*1 x + 0.20057*1 l + 0.78844*1 z) m -1 .

§ 1.5. Osnovni zakoni teorije elektromagnetnega polja

EMF enačbe v integralni obliki

Skupni veljavni zakon:

Kroženje vektorja jakosti magnetnega polja po konturi l enak skupnemu električnemu toku, ki teče skozi površino S, raztegnjen na konturi l, če smer toka tvori desni sistem s smerjo obvoda vezja.

Zakon elektromagnetne indukcije:

Kje E c je jakost zunanjega električnega polja.

EMF elektromagnetna indukcija e in v vezju l enaka hitrosti spreminjanja magnetnega pretoka skozi površino S, raztegnjen na konturi l, smer hitrosti spreminjanja magnetnega pretoka pa se oblikuje s smerjo e in sistem levih vijakov.

Gaussov izrek v integralni obliki:

Vektor električnega premika skozi zaprto površino S enaka vsoti prostih električnih nabojev v prostornini, omejeni s površino S.

Zakon kontinuitete magnetnih indukcijskih linij:

Magnetni pretok skozi katero koli zaprto površino je enak nič.

Neposredna uporaba enačb v integralni obliki omogoča izračun najpreprostejših elektromagnetnih polj. Za izračun elektromagnetnih polj kompleksnejših oblik se uporabljajo enačbe v diferencialni obliki. Te enačbe imenujemo Maxwellove enačbe.

Maxwellove enačbe za mirujoče medije

Te enačbe izhajajo neposredno iz ustreznih enačb v integralni obliki in iz matematičnih definicij prostorskih diferencialnih operatorjev.

Celotno veljavno pravo v diferencialni obliki:

Skupna gostota električnega toka,

Gostota zunanjega električnega toka,

Gostota prevodnega toka,

Gostota prednapetostnega toka: ,

Gostota prenosnega toka: .

To pomeni, da je električni tok vrtinčni vir vektorskega polja jakosti magnetnega polja.

Zakon elektromagnetne indukcije v diferencialni obliki:

To pomeni, da je izmenično magnetno polje vrtinčni vir za prostorsko porazdelitev vektorja električne poljske jakosti.

Enačba kontinuitete črt magnetne indukcije:

To pomeni, da polje vektorja magnetne indukcije nima virov, tj. V naravi ni magnetnih nabojev (magnetnih monopolov).

Gaussov izrek v diferencialni obliki:

To pomeni, da so viri vektorskega polja električnega premika električni naboji.

Da bi zagotovili edinstvenost rešitve problema analize EMF, je treba Maxwellove enačbe dopolniti z enačbami materialnih povezav med vektorji. E in D , in B in H .

Odnosi med vektorji polja in električnimi lastnostmi medija

Znano je, da

(1)

Vsi dielektriki so pod vplivom električnega polja polarizirani. Vsi magneti so namagneteni pod vplivom magnetnega polja. Statične dielektrične lastnosti snovi lahko v celoti opišemo s funkcionalno odvisnostjo polarizacijskega vektorja p iz vektorja električne poljske jakosti E (p =p (E )). Statične magnetne lastnosti snovi je mogoče v celoti opisati s funkcionalno odvisnostjo vektorja magnetizacije M iz vektorja jakosti magnetnega polja H (M =M (H )). V splošnem primeru so takšne odvisnosti dvoumne (histeretične) narave. To pomeni, da je vektor polarizacije ali magnetizacije v točki Q ni določena le z vrednostjo vektorja E oz H na tej točki, temveč tudi ozadje spremembe vektorja E oz H na tej točki. Te odvisnosti je izjemno težko eksperimentalno preučevati in modelirati. Zato se v praksi pogosto domneva, da vektorji p in E , in M in H so kolinearne, električne lastnosti snovi pa opisujejo skalarne histerezne funkcije (| p |=|p |(|E |), |M |=|M |(|H |). Če lahko histerezne značilnosti zgornjih funkcij zanemarimo, potem so električne lastnosti opisane z nedvoumnimi funkcijami p=p(E), M=M(H).

V mnogih primerih lahko te funkcije približno obravnavamo kot linearne, tj.

Potem lahko ob upoštevanju razmerja (1) zapišemo naslednje

(4)

V skladu s tem relativna dielektrična in magnetna prepustnost snovi:

Absolutna dielektrična konstanta snovi:

Absolutna magnetna prepustnost snovi:

Relacije (2), (3), (4) označujejo dielektrične in magnetne lastnosti snovi. Električno prevodne lastnosti snovi lahko opišemo z Ohmovim zakonom v diferencialni obliki

kjer je specifična električna prevodnost snovi, izmerjena v S/m.

V bolj splošnem primeru ima razmerje med gostoto prevodnega toka in vektorjem električne poljske jakosti nelinearni značaj vektorske histereze.

Energija elektromagnetnega polja

Volumetrična gostota energije električnega polja je enaka

Kje W e se meri v J/m 3.

Volumetrična gostota energije magnetnega polja je enaka

Kje W m se meri v J/m 3.

Volumetrična gostota energije elektromagnetnega polja je enaka

V primeru linearnih električnih in magnetnih lastnosti snovi je volumetrična energijska gostota EMF enaka

Ta izraz velja za trenutne vrednosti vektorjev specifične energije in EMF.

Specifična moč toplotnih izgub zaradi prevodnih tokov

Gostota moči virov tretjih oseb

Kontrolna vprašanja

1. Kako je zakon skupnega toka formuliran v integralni obliki?

2. Kako je zakon elektromagnetne indukcije formuliran v integralni obliki?

3. Kako sta Gaussov izrek in zakon kontinuitete magnetnega pretoka oblikovana v integralni obliki?

4. Kako je v diferencialni obliki oblikovan celotni tokovni zakon?

5. Kako je zakon elektromagnetne indukcije formuliran v diferencialni obliki?

6. Kako sta Gaussov izrek in zakon kontinuitete magnetnih indukcijskih črt formulirana v integralni obliki?

7. Katera razmerja opisujejo električne lastnosti snovi?

8. Kako se energija elektromagnetnega polja izraža preko vektorskih veličin, ki ga določajo?

9. Kako se določi specifična moč toplotnih izgub in specifična moč tujih virov?

Primeri uporabe MATLAB

Problem 1.

dano: V prostornini tetraedra se magnetna indukcija in magnetizacija snovi spreminjata po linearnem zakonu. Podane so koordinate oglišč tetraedra, podane so tudi vrednosti vektorjev magnetne indukcije in magnetizacije snovi na ogliščih.

Izračunaj gostoto električnega toka v prostornini tetraedra z uporabo m-funkcije, sestavljene pri reševanju naloge v prejšnjem odstavku. Izvedite izračun v ukaznem oknu MATLAB ob predpostavki, da so prostorske koordinate merjene v milimetrih, magnetna indukcija v teslah, magnetna poljska jakost in magnetizacija v kA/m.

rešitev.

Nastavimo začetne podatke v obliki, združljivi z m-funkcijo grad_div_rot:

>> vozlišča=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 % absolutna magnetna prepustnost vakuuma, 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(vozlišča,enice(4,1),B/mu0-M)

0 -3,0358e-017 0

914.2 527.76 -340.67

V tem primeru se je izkazalo, da je vektor skupne gostote toka v obravnavani prostornini enak (-914,2* 1 x + 527.76*1 l - 340.67*1 z) A/mm 2 . Za določitev modula gostote toka izvedemo naslednji operator:

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

Izračunane vrednosti gostote toka ni mogoče dobiti v močno magnetiziranih okoljih v realnih tehničnih napravah. Ta primer je zgolj poučen. Zdaj pa preverimo pravilnost podajanja porazdelitve magnetne indukcije v prostornini tetraedra. Da bi to naredili, izvedemo naslednji stavek:

>> =grad_div_rot(vozlišča,enice(4,1),B)

0 -3,0358e-017 0

0.38115 0.37114 -0.55567

Tukaj imamo vrednost div B = -0,34415 T/mm, kar pa ne more biti v skladu z zakonom kontinuitete linij magnetne indukcije v diferencialni obliki. Iz tega sledi, da je porazdelitev magnetne indukcije v prostornini tetraedra določena napačno.

Problem 2.

Naj bo tetraeder, katerega koordinate oglišč so podane, v zraku (merske enote so metri). Naj bodo podane vrednosti vektorja jakosti električnega polja na njegovih vrhovih (merske enote - kV/m).

Obvezno izračunajte volumetrično gostoto naboja znotraj tetraedra.

rešitev lahko storite podobno:

>> vozlišča=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% absolutna dielektrična konstanta vakuuma, 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(nodes,ones(4,1),E*eps0)

0.076467 0.21709 -0.015323

V tem primeru je bila volumetrična gostota naboja enaka 0,10685 µC/m 3.

§ 1.6. Robni pogoji za vektorje EMF.
Zakon o ohranitvi naboja. Umov-Poyntingov izrek

Tukaj je navedeno: H 1 - vektor jakosti magnetnega polja na vmesniku med mediji v mediju št. 1; H 2 - enako v okolju št. 2; H 1t- tangencialna (tangentna) komponenta vektorja jakosti magnetnega polja na vmesniku med mediji v mediju št. 1; H 2t- enako v okolju št. 2; E 1 vektor skupne električne poljske jakosti na vmesniku med mediji v mediju št. 1; E 2 - enako v okolju št. 2; E 1 c - komponenta tretje osebe vektorja električne poljske jakosti na vmesniku med mediji v mediju št. 1; E 2c - enako v okolju št. 2; E 1t- tangencialna komponenta vektorja električne poljske jakosti na vmesniku med mediji v mediju št. 1; E 2t- enako v okolju št. 2; E 1s t- tangencialna tuja komponenta vektorja električne poljske jakosti na vmesniku med mediji v mediju št. 1; E 2t- enako v okolju št. 2; B 1 - vektor magnetne indukcije na vmesniku med mediji v mediju št. 1; B 2 - enako v okolju št. 2; B 1n- normalna komponenta vektorja magnetne indukcije na vmesniku med mediji v mediju št. 1; B 2n- enako v okolju št. 2; D 1 - vektor električnega premika na vmesniku med mediji v mediju št. 1; D 2 - enako v okolju št. 2; D 1n- normalna komponenta vektorja električnega odmika na vmesniku med mediji v mediju št. 1; D 2n- enako v okolju št. 2; σ je površinska gostota električnega naboja na vmesniku, merjena v C/m2.

Zakon o ohranitvi naboja

Če ni trenutnih virov tretjih oseb, potem

in v splošnem primeru, tj. vektor skupne gostote toka nima virov, tj. skupne tokovne črte so vedno zaprte

Umov-Poyntingov izrek

Volumetrična gostota moči, ki jo porabi materialna točka v EMF, je enaka

V skladu z identiteto (1)

To je enačba bilance moči za prostornino V. V splošnem primeru je v skladu z enačbo (3) elektromagnetna moč, ki jo ustvarjajo viri v volumnu V, gre v toplotne izgube, v akumulacijo EMF energije in v sevanje v okoliški prostor skozi zaprto površino, ki to prostornino omejuje.

Integrand v integralu (2) se imenuje Poyntingov vektor:

Kje p merjeno v W/m2.

Ta vektor je enak gostoti pretoka elektromagnetne moči na neki točki opazovanja. Enačba (3) je matematični izraz Umov-Poyntingovega izreka.

Elektromagnetna moč, ki jo oddaja območje V v okoliški prostor je enak toku Poyntingovega vektorja skozi zaprto površino S, omejevanje območja V.

Kontrolna vprašanja

1. Kateri izrazi opisujejo robne pogoje za vektorje elektromagnetnega polja na vmesnikih med mediji?

2. Kako je zakon o ohranitvi naboja formuliran v diferencialni obliki?

3. Kako je zakon o ohranitvi naboja formuliran v integralni obliki?

4. Kateri izrazi opisujejo robne pogoje za gostoto toka na vmesnikih?

5. Kakšna je volumetrična gostota moči, ki jo porabi materialna točka v elektromagnetnem polju?

6. Kako se zapiše elektromagnetna bilanca moči za določeno prostornino?

7. Kaj je Pointingov vektor?

8. Kako je formuliran Umov-Poyntingov izrek?

Primer uporabe MATLAB

Naloga.

dano: V prostoru je trikotna ploskev. Podane so koordinate oglišč. Določene so tudi vrednosti vektorjev električne in magnetne poljske jakosti na vozliščih. Komponenta električne poljske jakosti tretje osebe je enaka nič.

Obvezno izračunajte elektromagnetno moč, ki prehaja skozi to trikotno površino. Napišite funkcijo MATLAB, ki izvede ta izračun. Pri izračunu predpostavimo, da je pozitivni normalni vektor usmerjen tako, da se bo, gledano z njegovega konca, premikalo v naraščajočem vrstnem redu številk vozlišč v nasprotni smeri urinega kazalca.

rešitev. Spodaj je besedilo m-funkcije.

% em_power_tri - izračun prehajajoče elektromagnetne moči

% trikotna ploskev v prostoru

% P=em_power_tri(vozlišča,E,H)

% VHODNI PARAMETRI

% vozlišč je kvadratna matrika oblike ",

%, v vsaki vrstici katere so zapisane koordinate ustreznega oglišča.

% E - matrika komponent vektorja električne poljske jakosti na vozliščih:

% vrstic ustreza vozliščem, stolpci - kartezičnim komponentam.

% H - matrika komponent vektorja jakosti magnetnega polja v ogliščih.

% IZHODNI PARAMETER

% P - elektromagnetna moč, ki poteka skozi trikotnik

% Med izračuni se predpostavlja, da na trikotniku

% Vektorji poljske jakosti se v prostoru spreminjajo po linearnem zakonu.

funkcija P=em_power_tri(vozlišča,E,H);

% Izračunajte vektor dvojne ploščine trikotnika

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

P=vsota(križ(E,(enice(3,3)+oko(3))*H,2))*S."/24;

Primer izvajanja razvite m-funkcije:

>> vozlišča=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(vozlišča,E,H)

Če predpostavimo, da se prostorske koordinate merijo v metrih, vektor električne poljske jakosti je v voltih na meter, vektor magnetne poljske jakosti pa v amperih na meter, potem je v tem primeru elektromagnetna moč, ki poteka skozi trikotnik, enaka 0,18221 W .