Elektromagnetické pole, špeciálna forma hmoty. Cez elektro magnetické pole prebieha interakcia medzi nabitými časticami.
Správanie elektromagnetického poľa študuje klasická elektrodynamika. Elektromagnetické pole je popísané Maxwellovými rovnicami, ktoré spájajú veličiny charakterizujúce pole s jeho zdrojmi, teda s nábojmi a prúdmi rozloženými v priestore. Elektromagnetické pole stacionárnych alebo rovnomerne sa pohybujúcich nabitých častíc je s týmito časticami neoddeliteľne spojené; pri rýchly pohybčastice, elektromagnetické pole sa od nich „odtrhne“ a existuje samostatne vo forme elektromagnetických vĺn.
Z Maxwellových rovníc vyplýva, že striedavé elektrické pole generuje magnetické pole a striedavé magnetické pole elektrické, takže elektromagnetické pole môže existovať aj bez nábojov. Vytváranie elektromagnetického poľa striedavým magnetickým poľom a magnetického poľa striedavým elektrickým vedie k tomu, že elektrické a magnetické polia neexistujú oddelene, nezávisle od seba. Elektromagnetické pole je preto typ hmoty, ktorý je vo všetkých bodoch určený dvoma vektorovými veličinami, ktoré charakterizujú jeho dve zložky – „elektrické pole“ a „magnetické pole“ a pôsobiace silou na nabité častice v závislosti od ich rýchlosti a veľkosti. ich poplatku.
Elektromagnetické pole vo vákuu, teda vo voľnom stave, ktoré nie je spojené s časticami hmoty, existuje vo forme elektromagnetických vĺn a šíri sa vo vákuu v neprítomnosti veľmi silných gravitačných polí rýchlosťou rovnakú rýchlosť Sveta c= 2,998. 108 m/s. Toto pole sa vyznačuje napätím elektrické pole E a indukcia magnetického poľa AT. Na opis elektromagnetického poľa v médiu sa používajú aj veličiny elektrickej indukcie D a sila magnetického poľa H. V hmote, ako aj v prítomnosti veľmi silných gravitačných polí, teda blízko veľmi veľké masy látok je rýchlosť šírenia elektromagnetického poľa menšia ako hodnota c.
Zložky vektorov charakterizujúcich elektromagnetické pole tvoria podľa teórie relativity jedinú fyzikálnu veličinu - tenzor elektromagnetického poľa, ktorého zložky sa transformujú pri prechode z jedného inerciálna sústava odkaz na iný v súlade s Lorentzovými transformáciami.
Elektromagnetické pole má energiu a hybnosť. Existencia impulzu elektromagnetického poľa bola prvýkrát experimentálne objavená v experimentoch P. N. Lebedeva o meraní tlaku svetla v roku 1899. Elektromagnetické pole má vždy energiu. Hustota energie elektromagnetického poľa = 1/2 (ED+HH).
Elektromagnetické pole sa šíri v priestore. Hustota toku energie elektromagnetického poľa je určená Poyntingovým vektorom S=, jednotka W/m2. Smer Poyntingovho vektora je kolmý E a H a zhoduje sa so smerom šírenia elektromagnetickej energie. Jeho hodnota sa rovná energii prenesenej cez jednotkovú plochu kolmú na S za jednotku času. Hustota hybnosti poľa vo vákuu K \u003d S / s 2 \u003d / s 2.
Pri vysokých frekvenciách elektromagnetického poľa nadobúdajú na význame jeho kvantové vlastnosti a elektromagnetické pole možno považovať za tok kvánt poľa - fotónov. V tomto prípade je opísané elektromagnetické pole
Poučenie
Vezmite dve batérie a spojte ich elektrickou páskou. Pripojte batérie tak, aby ich konce boli odlišné, to znamená, že plus je oproti mínusu a naopak. Pomocou sponiek na papier pripevnite na koniec každej batérie drôt. Potom položte jednu z papierových sponiek na batérie. Ak kancelárska sponka nedosiahne stred každej z nich, možno ju budete musieť narovnať na požadovanú dĺžku. Zaistite dizajn páskou. Uistite sa, že konce drôtov sú voľné a okraje sponky na papier siahajú do stredu každej batérie. Pripojte batérie zhora, to isté urobte na druhej strane.
Vezmite medený drôt. Nechajte asi 15 centimetrov drôtu rovný a potom ho začnite obtáčať okolo pohára. Urobte asi 10 otáčok. Nechajte rovno ďalších 15 centimetrov. Pripojte jeden z vodičov z napájacieho zdroja k jednému z voľných koncov výslednej medenej cievky. Uistite sa, že vodiče sú navzájom dobre spojené. Po pripojení obvod dáva magnetický lúka. Pripojte druhý vodič napájacieho zdroja k medenému vodiču.
Keď prúd preteká cievkou, umiestnená vo vnútri sa zmagnetizuje. Kancelárske sponky sa zlepia, takže časti lyžice alebo vidličky, skrutkovačov sa zmagnetizujú a priťahujú iné kovové predmety, zatiaľ čo prúd je aplikovaný na cievku.
Poznámka
Cievka môže byť horúca. Uistite sa, že v blízkosti nie sú žiadne horľavé látky a dávajte pozor, aby ste si nepopálili pokožku.
Najľahšie zmagnetizovateľný kov je železo. Pri kontrole poľa nevyberajte hliník alebo meď.
Ak chcete vytvoriť elektromagnetické pole, musíte jeho zdroj vyžarovať. Zároveň musí produkovať kombináciu dvoch polí, elektrického a magnetického, ktoré sa môžu šíriť priestorom a navzájom tak vznikať. Elektromagnetické pole sa môže šíriť v priestore vo forme elektromagnetickej vlny.
Budete potrebovať
- - izolovaný drôt;
- - klinec;
- - dva vodiče;
- - Ruhmkorffova cievka.
Poučenie
Vezmite izolovaný drôt s nízkym odporom, meď je najlepšia. Naviňte ho na oceľové jadro, postačí obyčajný klinec dlhý 100 mm (výplet). Pripojte kábel k zdroju napájania, stačí obyčajná batéria. Bude tam el lúka, ktorý v ňom generuje elektrický prúd.
Smerový pohyb nabitého (elektrického prúdu) zase vytvorí magnet lúka, ktorá bude sústredená v oceľové jadro, okolo ktorého je namotaný drôt. Jadro sa otáča a je k sebe priťahované feromagnetmi (nikel, kobalt atď.). Výsledný lúka možno nazvať elektromagnetické, pretože elektr lúka magnetické.
Na získanie klasického elektromagnetického poľa je potrebné, aby bolo elektrické aj magnetické lúka menila sa časom, potom elektrika lúka bude generovať magnetické a naopak. Na to je potrebné, aby pohybujúce sa náboje dostali zrýchlenie. Najjednoduchší spôsob, ako to urobiť, je nechať ich oscilovať. Preto na získanie elektromagnetického poľa stačí zobrať vodič a zapojiť ho do bežnej domácej siete. Bude ale taký malý, že ho nebude možné zmerať prístrojmi.
Aby ste získali dostatočne silné magnetické pole, vytvorte Hertzov vibrátor. Aby ste to urobili, vezmite dva rovné identické vodiče, pripevnite ich tak, aby medzera medzi nimi bola 7 mm. Bude otvorené oscilačný obvod, s nízkou a elektrickou kapacitou. Pripojte každý z vodičov k svorkám Ruhmkorf (umožňuje vám to prijímať vysokonapäťové impulzy). Pripojte obvod k batérii. Výboje začnú v iskrišti medzi vodičmi a samotný vibrátor sa stane zdrojom elektromagnetického poľa.
Podobné videá
Zavádzanie nových technológií a rozšírené používanie elektriny viedli k vzniku umelých elektromagnetických polí, ktoré majú najčastejšie škodlivý vplyv na človeka a životné prostredie. Tieto fyzikálne polia vznikajú tam, kde sa pohybujú náboje.
Povaha elektromagnetického poľa
Elektromagnetické pole je zvláštny druh záležitosť. Vyskytuje sa okolo vodičov, pozdĺž ktorých sa pohybujú elektrické náboje. Silové pole pozostáva z dvoch nezávislých polí - magnetického a elektrického, ktoré nemôžu existovať navzájom izolovane. Elektrické pole, keď vzniká a mení sa, vždy vytvára magnetické pole.
Jedna z prvých povah premenných polí v polovice devätnásteho storočia začal skúmať James Maxwell, ktorému patrí zásluha o vytvorenie teórie elektromagnetického poľa. Vedec ukázal, že elektrické náboje pohybujúce sa so zrýchlením vytvárajú elektrické pole. Jeho zmena vytvára pole magnetických síl.
Zdrojom striedavého magnetického poľa môže byť magnet, ak ho uvediete do pohybu, ako aj elektrický náboj, ktorý kmitá alebo sa pohybuje so zrýchlením. Ak sa náboj presunie z konštantná rýchlosť, potom vodičom preteká jednosmerný prúd, ktorý sa vyznačuje konštantným magnetickým poľom. Elektromagnetické pole, ktoré sa šíri v priestore, nesie energiu, ktorá závisí od veľkosti prúdu vo vodiči a frekvencie emitovaných vĺn.
Vplyv elektromagnetického poľa na človeka
Úroveň všetkých elektromagnetických žiarení, ktoré vytvárajú technické systémy navrhnuté človekom, je mnohonásobne vyššia ako prirodzené žiarenie planéty. Ide o tepelný efekt, ktorý môže viesť k prehriatiu telesných tkanív a nezvratné následky. Napríklad dlhodobé používanie mobilného telefónu, ktorý je zdrojom žiarenia, môže viesť k zvýšeniu teploty mozgu a očnej šošovky.
Elektromagnetické polia vznikajúce pri používaní domácich spotrebičov môžu spôsobiť zhubné novotvary. Týka sa to najmä detského tela. Dlhodobá prítomnosť človeka v blízkosti zdroja elektromagnetických vĺn znižuje výkonnosť imunitného systému, vedie k ochoreniam srdca a ciev.
Samozrejme úplne prestať používať technické prostriedky, ktoré sú zdrojom elektromagnetického poľa, je nemožné. Môžete však použiť najjednoduchšie preventívne opatrenia, napríklad používať telefón iba s náhlavnou súpravou, po použití zariadenia nenechávajte káble spotrebiča v elektrických zásuvkách. V každodennom živote sa odporúča používať predlžovacie káble a káble s ochranným tienením.
1. Úvod. Predmet valeológie.
3. Hlavné zdroje elektromagnetického poľa.
5. Spôsoby ochrany zdravia ľudí pred elektromagnetickým vystavením.
6. Zoznam použitých materiálov a literatúry.
1. Úvod. Predmet valeológie.
1.1 Úvod.
Valeológia – z lat. "valeo" - "ahoj" - vedeckej disciplíne ktorá študuje individuálny zdravotný stav zdravého človeka. Zásadný rozdiel medzi valeológiou a inými odbormi (najmä z praktického lekárstva) spočíva práve v individuálnom prístupe k hodnoteniu zdravotného stavu každého konkrétneho subjektu (bez zohľadnenia všeobecných a priemerných údajov za ktorúkoľvek skupinu).
Prvýkrát bola valeológia ako vedná disciplína oficiálne zaregistrovaná v roku 1980. Jej zakladateľom bol ruský vedec I. I. Brekhman, ktorý pôsobil na Vladivostockej štátnej univerzite.
V súčasnosti sa nová disciplína aktívne rozvíja, hromadia sa vedecké práce a aktívne sa uskutočňuje praktický výskum. Postupne dochádza k prechodu od statusu vednej disciplíny k statusu samostatnej vedy.
1.2 Predmet valeológie.
Predmetom štúdia valeológie je individuálny zdravotný stav zdravého človeka a faktory, ktoré ho ovplyvňujú. Valeológia sa tiež zaoberá systematizáciou zdravého životného štýlu, berúc do úvahy individualitu konkrétneho subjektu.
Najbežnejšou definíciou pojmu „zdravie“ je v súčasnosti definícia navrhnutá odborníkmi Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO):
Zdravie je stav fyzickej, duševnej a sociálnej pohody.
Moderná valeológia identifikuje tieto hlavné charakteristiky individuálneho zdravia:
1. Život je najzložitejším prejavom existencie hmoty, ktorý svojou zložitosťou prekonáva rôzne fyzikálno-chemické a bioreakcie.
2. Homeostáza - kvázistatický stav foriem života, charakterizovaný variabilitou v relatívne veľkých časových úsekoch a praktickou statickosťou - v krátkych.
3. Adaptácia – vlastnosť foriem života prispôsobovať sa meniacim sa podmienkam existencie a preťaženiu. Pri porušovaní adaptácie alebo príliš ostrých a radikálnych zmenách podmienok dochádza k maladaptácii - stresu.
4. Fenotyp – kombinácia faktorov prostredia, ktoré ovplyvňujú vývoj živého organizmu. Pojem „fenotyp“ tiež charakterizuje súhrn vývojových znakov a fyziológie organizmu.
5. Genotyp – kombinácia dedičných faktorov ovplyvňujúcich vývoj živého organizmu, ktorý je kombináciou genetického materiálu rodičov. Pri prenose deformovaných génov od rodičov vznikajú dedičné patológie.
6. Životný štýl – súbor stereotypov správania a noriem, ktoré charakterizujú konkrétny organizmus.
Zdravie (podľa definície WHO).
2. Elektromagnetické pole, jeho druhy, charakteristika a klasifikácia.
2.1 Základné definície. Druhy elektromagnetického poľa.
Elektromagnetické pole je špeciálna forma hmoty, prostredníctvom ktorej dochádza k interakcii medzi elektricky nabitými časticami.
Elektrické pole - vytvorené elektrickými nábojmi a nabitými časticami v priestore. Obrázok ukazuje obrázok siločiary(imaginárne čiary používané na vizualizáciu polí) elektrického poľa pre dve nabité častice v pokoji:
Magnetické pole – vzniká pri pohybe elektrické náboje dirigentom. Vzor siločiar pre jeden vodič je znázornený na obrázku:
Fyzikálny dôvod existencie elektromagnetického poľa je ten, že časovo premenné elektrické pole vybudí magnetické pole a meniace sa magnetické pole vybudí vírivé elektrické pole. Obe zložky sa neustále menia a podporujú existenciu elektromagnetického poľa. Pole stacionárnej alebo rovnomerne sa pohybujúcej častice je neoddeliteľne spojené s nosičom (nabitá častica).
Pri zrýchlenom pohybe nosičov sa však elektromagnetické pole od nich „odtrhne“ a existuje v prostredí samostatne vo forme elektromagnetickej vlny, pričom s odstránením nosiča nezmizne (napríklad rádiové vlny nezmiznú). pri zániku prúdu (pohyb nosičov - elektrónov) v anténe, ktorá ich vyžaruje).
2.2 Základná charakteristika elektromagnetického poľa.
Elektrické pole je charakterizované silou elektrického poľa (označenie "E", jednotka SI - V/m, vektor). Magnetické pole je charakterizované silou magnetického poľa (označenie "H", rozmer SI - A/m, vektor). Obvykle sa meria modul (dĺžka) vektora.
Elektromagnetické vlny sú charakterizované vlnovou dĺžkou (označenie "(", rozmer SI - m), zdroj, ktorý ich vyžaruje - frekvencia (označenie - "(", rozmer SI - Hz). Na obrázku E je vektor intenzity elektrického poľa, H je vektor intenzity magnetického poľa.
Pri frekvenciách 3 - 300 Hz možno ako charakteristiku magnetického poľa použiť aj pojem magnetická indukcia (označenie "B", rozmer SI - T).
2.3 Klasifikácia elektromagnetických polí.
Najpoužívanejšia je takzvaná „zonálna“ klasifikácia elektromagnetických polí podľa stupňa odľahlosti od zdroja/nosiče.
Podľa tejto klasifikácie je elektromagnetické pole rozdelené na zóny „blízke“ a „ďaleké“. Zóna „blízka“ (niekedy nazývaná aj indukčná zóna) siaha až do vzdialenosti od zdroja rovnajúcej sa 0-3 (, de (- dĺžka elektromagnetickej vlny generovanej poľom. V tomto prípade intenzita poľa rýchlo klesá (úmerne štvorcu alebo mocnine vzdialenosti od zdroja) V tejto zóne ešte nie je generovaná elektromagnetická vlna úplne vytvorená.
„Ďaleká“ zóna je zóna vytvorenej elektromagnetickej vlny. Tu intenzita poľa klesá nepriamo úmerne so vzdialenosťou od zdroja. V tejto zóne platí experimentálne stanovený vzťah medzi silou elektrického a magnetického poľa:
kde 377 je konštantná vákuová impedancia, Ohm.
Elektromagnetické vlny sa zvyčajne klasifikujú podľa frekvencií:
| Názov | Hranice | Názov | Hranice |
| frekvencia | rozsah | vlna | rozsah |
Rozsah | Rozsah | |
| Extrémne nízka, | | Hz | Dekamegameter | Mm |
| Ultranízke, VLF | | Hz | Megameter | Mm |
Infralow, INC | kHz | Hektokilometer | |
| Veľmi nízka, VLF | KHz | Myriameter | km |
|Nízke frekvencie, LF| KHz|Kilometer | km |
Priemer, MF | MHz | Hektometrické | km |
| vysoká, HF | | MHz | Dekameter | m |
|Veľmi vysoká, VHF| MHz|Meter | m |
|Ultra vysoká, UHF| GHz | Decimeter | m |
| Ultra vysoká, mikrovlnná | | GHz | Centimeter | cm |
| Mimoriadne vysoká | | GHz|Milimeter | mm |
| Hyperhigh, GVCh | | Decimilimeter | mm |
Zvyčajne sa meria len intenzita elektrického poľa E. Pri frekvenciách nad 300 MHz sa niekedy meria hustota energetického toku vlny alebo Poyntingov vektor (označenie „S“, rozmer SI je W/m2).
3. Hlavné zdroje elektromagnetického poľa.
Hlavnými zdrojmi elektromagnetického poľa sú:
Elektrické vedenie.
Elektroinštalácia (vo vnútri budov a konštrukcií).
Domáce elektrospotrebiče.
Osobné počítače.
Televízne a rozhlasové vysielacie stanice.
Satelitné a bunkový(zariadenia, opakovače).
Elektrická doprava.
radarové inštalácie.
3.1 Elektrické vedenie (TL).
Drôty pracovného elektrického vedenia vytvárajú v priľahlom priestore (vo vzdialenostiach rádovo desiatok metrov od vodiča) elektromagnetické pole priemyselnej frekvencie (50 Hz). Okrem toho sa intenzita poľa v blízkosti vedenia môže meniť v širokom rozsahu v závislosti od jeho elektrického zaťaženia. Normy stanovujú hranice zón sanitárnej ochrany v blízkosti elektrických vedení (podľa SN 2971-84):
| Prevádzkové napätie | 330 a nižšie | 500 | 750 | 1150 |
| PTL, kV | | | | |
| Veľkosť | 20 | 30 | 40 | 55 |
Hygienická ochrana | | | | |
zóny, m | | | | |
(v skutočnosti sú hranice zóny sanitárnej ochrany stanovené pozdĺž hraničnej čiary maximálnej intenzity elektrického poľa, ktorá je najvzdialenejšia od drôtov, rovná 1 kV / m).
3.2 Elektroinštalácia.
Elektrické vedenie zahŕňa: napájacie káble pre systémy na podporu života v budovách, elektrické rozvody, ako aj odbočovacie dosky, napájacie skrine a transformátory. Elektrické vedenie je hlavným zdrojom priemyselného frekvenčného elektromagnetického poľa v obytných priestoroch. V tomto prípade je úroveň intenzity elektrického poľa emitovaného zdrojom často relatívne nízka (nepresahuje 500 V/m).
3.3 Domáce elektrospotrebiče.
Všetky zdroje elektromagnetických polí sú Spotrebiče pracujúci pomocou elektrický prúd. Zároveň sa úroveň žiarenia líši v najširšom rozsahu v závislosti od modelu, zariadenia zariadenia a konkrétneho režimu prevádzky. Taktiež úroveň žiarenia silne závisí od spotreby energie zariadenia - čím vyšší výkon, tým vyššia úroveň elektromagnetického poľa počas prevádzky zariadenia. Intenzita elektrického poľa v blízkosti domácich spotrebičov nepresahuje desiatky V/m.
Nižšie uvedená tabuľka zobrazuje maximálne prípustné úrovne magnetickej indukcie pre najvýkonnejšie zdroje magnetického poľa spomedzi domácich elektrických spotrebičov:
| Zariadenie | Limitný interval | |
| | hodnoty magnetickej indukcie, μT |
|Kávovar | |
Práčka | |
| Železo | |
Vysávač | |
Elektrický sporák | |
| Žiarivka "žiarivka" (žiarivky LTB, | | |
Elektrická vŕtačka (motorová |
| Výkon W) | | |
| Elektrický mixér (výkonový motor | |
| W) | |
| TV | |
| Mikrovlnná rúra (indukcia, mikrovlnná rúra) | | |
3.4 Osobné počítače.
Primárnym zdrojom nepriaznivých účinkov na zdravie používateľa počítača je zobrazovacie zariadenie monitora (VOD). Vo väčšine moderných monitorov je CBO katódová trubica. V tabuľke sú uvedené hlavné zdravotné dopady SVR:
| Ergonomické | Faktory vplyvu elektromagnetického žiarenia | |
| katódová trubica poľa |
| Výrazné zníženie kontrastu | Elektromagnetické pole vo frekvencii | |
| reprodukovaný obraz v podmienkach | MHz rozsah. |
| vonkajšie osvetlenie obrazovky priamymi lúčmi | | |
| svetlo | | |
|Zrkadlový odraz lúče svetla z | Elektrostatický náboj na povrchu |
| povrch obrazovky (oslnenie). | obrazovka monitora | |
| Kreslená postavička | Ultrafialové žiarenie (rozsah |
| reprodukcia obrazu | vlnové dĺžky nm). |
| (vysokofrekvenčná nepretržitá aktualizácia | |
| Diskrétna povaha obrazu | Infračervené a röntgenové žiarenie |
(rozdelenie na body). ionizujúce žiarenie. |
Za hlavné faktory vplyvu SVR na zdravie budeme v budúcnosti považovať len faktory vplyvu elektromagnetického poľa katódovej trubice.
Okrem monitora a systémovej jednotky môže osobný počítač obsahovať aj veľké množstvo iných zariadení (ako sú tlačiarne, skenery, sieťové filtre atď.). Všetky tieto zariadenia pracujú s využitím elektrického prúdu, čo znamená, že sú zdrojmi elektromagnetického poľa. Nasledujúca tabuľka zobrazuje elektromagnetické prostredie v blízkosti počítača (príspevok monitora sa v tejto tabuľke neberie do úvahy, ako bolo uvedené vyššie):
Zdroj | Generovaný frekvenčný rozsah | |
| | elektromagnetické pole | |
Zostava systémovej jednotky | |. |
Vstupno-výstupné zariadenia (tlačiarne, | Hz. |
skenery, mechaniky atď.). | |
Zdroje neprerušiteľného napájania |. |
sieťové filtre a stabilizátory | | |
Elektromagnetické pole osobných počítačov má najzložitejšie vlnenie a spektrálne zloženie a ťažko merateľné a kvantifikovateľné. Má magnetické, elektrostatické a radiačné zložky (najmä elektrostatický potenciál osoby sediacej pred monitorom sa môže pohybovať od -3 do +5 V). Vzhľadom na skutočnosť, že osobné počítače sa v súčasnosti aktívne využívajú vo všetkých odvetviach ľudskej činnosti, ich vplyv na ľudské zdravie podlieha starostlivému štúdiu a kontrole.
3.5 Televízne a rozhlasové vysielacie stanice.
Na území Ruska sa v súčasnosti nachádza značný počet rozhlasových staníc a centier rôznych afiliácií.
Vysielacie stanice a strediská sa nachádzajú v zónach pre ne špeciálne určených a môžu zaberať pomerne veľké územia (do 1000 ha). Svojou štruktúrou zahŕňajú jednu alebo viac technických budov, kde sú umiestnené rádiové vysielače a anténne polia, na ktorých je umiestnených až niekoľko desiatok anténno-napájacích systémov (AFS). Každý systém obsahuje vyžarovaciu anténu a napájacie vedenie, ktoré prináša vysielaný signál.
Elektromagnetické pole vyžarované anténami rozhlasových stredísk má zložité spektrálne zloženie a individuálne rozloženie síl v závislosti od konfigurácie antén, terénu a architektúry priľahlých budov. Niektoré spriemerované údaje pre rôzne typy rozhlasových vysielacích stredísk sú uvedené v tabuľke:
| Typ | Normalizované | Normalizované | Vlastnosti. |
| vysielanie | napätie | napätie | |
centrum. elektrické | magnetické pole | | |
| pole, V / m. | A / m | |
| DV - rádio | 630 | 1.2 | Najvyššie napätie |
| (frekvencia | | | pole sa dosiahne na |
| kHz, | | | vzdialenosti menšie ako 1 dĺžka | |
| výkon | | | vlny z vyžarovania | |
Vysielače 300 -| | Antény | |
|500 kW). | | | |
| SV - rádio | 275 |<нет данных>| V blízkosti antény (zapnuté | |
| (frekvencia , | | | existuje nejaká |
Výkon | | | zníženie napätia | |
Vysielače 50 - | | elektrické pole. |
|200 kW). | | | |
| HF - rádio | 44 | 0,12 | Vysielače môžu byť | |
| (frekvencia | | | nachádza sa na |
| MHz, | | | Husto stavaný | |
Výkon | | | Územia, ako aj |
Vysielače 10 - | | Strechy obytných budov. |
|100 kW). | | | |
| Televízia | 15 |<нет данных>Vysielače zvyčajne | |
| vysielať | | | nachádza sa vo výškach | |
| e stredy (frekvencia | | | viac ako 110 m nad priemerom |
| MHz, | | | úroveň budovy | |
Výkon | | | |
Vysielače 100 | | | | |
| KW - 1 MW a | | | |
| viac). | | | |
3.6 Satelitná a mobilná komunikácia.
3.6.1 Satelitná komunikácia.
Satelitné komunikačné systémy pozostávajú z vysielacej stanice na Zemi a cestujúcich - opakovačov na obežnej dráhe. Vysielacie satelitné komunikačné stanice vyžarujú úzko nasmerovaný vlnový lúč, ktorého hustota energetického toku dosahuje stovky W/m. Satelitné komunikačné systémy vytvárajú vysokú intenzitu elektromagnetického poľa v značnej vzdialenosti od antén. Napríklad stanica s výkonom 225 kW, pracujúca na frekvencii 2,38 GHz, vytvára hustotu energetického toku 2,8 W/m2 na vzdialenosť 100 km. Rozptyl energie vzhľadom na hlavný lúč je veľmi malý a vyskytuje sa predovšetkým v oblasti priameho umiestnenia antény.
3.6.2 Bunková komunikácia.
Bunková rádiotelefónia je dnes jedným z najintenzívnejšie sa rozvíjajúcich telekomunikačných systémov. Hlavnými prvkami bunkového komunikačného systému sú základňové stanice a mobilné rádiotelefóny. Základňové stanice udržiavajú rádiovú komunikáciu s mobilnými zariadeniami, v dôsledku čoho sú zdrojmi elektromagnetického poľa. Systém využíva princíp rozdelenia oblasti pokrytia na zóny, alebo takzvané „bunky“ s polomerom km. Nasledujúca tabuľka predstavuje hlavné charakteristiky mobilných komunikačných systémov fungujúcich v Rusku:
| Názov | Pracovný | Pracovný | Maximum | Maximum | Polomer |
| systémy, | dosah | dosah | vyžarované | vyžarované | pokrytie |
| princíp | základný | mobilný | napájanie | napájanie | jeden |
| prenos | stanice, | zariadenia | základné | mobilné | základné |
| informácie. | MHz. | MHz. Stanice, utorok | | zariadenia, | stanice | |
| | | | | utorok | km. |
|NMT450. | |
| Analógové. |5] |5] | | | |
|AMPS. |||100 |0,6 | |
| Analógové. | | | | | |
|TLUMENIE (IS – |||50 |0,2 | |
|136). | | | | | |
|Digitálne. | | | | | |
|CDMA. |||100 |0,6 | |
|Digitálne. | | | | | |
|GSM - 900. |||40 |0,25 | |
|Digitálne. | | | | | |
|GSM - 1800. | |
|Digitálne. |0] |5] | | | |
Intenzita žiarenia Základná stanica je určená záťažou, to znamená prítomnosťou majiteľov mobilných telefónov v servisnej oblasti konkrétnej základňovej stanice a ich túžbou používať telefón na konverzáciu, ktorá zasa zásadne závisí od dennej doby, umiestnenie stanice, deň v týždni a ďalšie faktory. V noci je vyťaženie staníc takmer nulové. Intenzita žiarenia mobilných zariadení závisí vo veľkej miere od stavu komunikačného kanála "mobilný rádiotelefón - základňová stanica" (čím väčšia je vzdialenosť od základňovej stanice, tým vyššia je intenzita žiarenia zariadenia).
3.7 Elektrická doprava.
Elektrická doprava (trolejbusy, električky, vlaky metra a pod.) je silným zdrojom elektromagnetického poľa vo frekvenčnom rozsahu Hz. Zároveň v drvivej väčšine prípadov pôsobí ako hlavný žiarič trakčný elektromotor (u trolejbusov a električiek konkurujú elektromotoru v sile vyžarovaného elektrického poľa kolektory vzdušného prúdu). V tabuľke sú uvedené údaje o nameranej hodnote magnetickej indukcie pre niektoré typy elektrického transportu:
| Spôsob dopravy a rod | Priemerná hodnota | | | Maximálna hodnota |
spotrebovaný prúd | Magnetická indukcia, μT | veľkosť magnetického | |
| | indukcia, μT. | |
| Prímestské vlaky. | 20 | 75 |
| Elektrická doprava s | 29 | 110 |
| poháňaný priamy prúd | | |
| (elektrické autá atď.). | | |
3.8 Inštalácie radarov.
Inštalácie radarov a radarov majú zvyčajne antény typu reflektora („tanier“) a vyžarujú úzko nasmerovaný rádiový lúč.
Periodický pohyb antény v priestore vedie k priestorovej diskontinuite žiarenia. Existuje tiež dočasná diskontinuita žiarenia v dôsledku cyklickej prevádzky radaru na žiarenie. Pracujú na frekvenciách od 500 MHz do 15 GHz, ale niektoré špeciálne inštalácie môžu pracovať pri frekvenciách až 100 GHz alebo viac. Kvôli zvláštny charakteržiarenia, môžu vytvárať zóny na zemi s vysoká hustota tok energie (100 W/m2 alebo viac).
4. Vplyv elektromagnetického poľa na individuálne zdravie človeka.
Ľudské telo vždy reaguje na vonkajšie elektromagnetické pole. V dôsledku odlišného zloženia vĺn a iných faktorov ovplyvňuje elektromagnetické pole rôznych zdrojov ľudské zdravie rôznymi spôsobmi. V dôsledku toho v túto sekciu Vplyv rôznych zdrojov na zdravie sa bude posudzovať samostatne. Pole však ostro nesúhlasí s prirodzeným elektromagnetickým pozadím umelé zdroje takmer vo všetkých prípadoch má negatívny vplyv na zdravie ľudí v zóne svojho vplyvu.
Rozsiahle štúdie vplyvu elektromagnetických polí na zdravie sa u nás začali v 60. rokoch. Zistilo sa, že nervový systém človeka je citlivý na elektromagnetické vplyvy a že pole má takzvaný informačný efekt, keď je vystavený človeku v intenzitách pod prahovou hodnotou. tepelný efekt(veľkosť intenzity poľa, pri ktorej sa začína prejavovať jeho tepelný účinok).
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené najčastejšie sťažnosti na zhoršenie zdravotného stavu ľudí, ktorí sa nachádzajú v zóne vplyvu poľa rôznych zdrojov. Poradie a číslovanie zdrojov v tabuľke zodpovedá ich poradiu a číslovaniu prijatému v časti 3:
| Zdroj | Najčastejšie sťažnosti. |
elektromagnetické | |
|1. Čiary | Krátkodobá expozícia (rádovo niekoľko minút) je schopná |
Elektrické vedenie (elektrické vedenie). | viesť k negatívnej reakcii len u obzvlášť citlivých | |
| | ľudia alebo pacienti s určitými typmi alergií | |
| | choroby | Dlhodobá expozícia zvyčajne vedie k | |
| rôzne patológie kardiovaskulárneho systému a nervových systémov |
| | (v dôsledku nerovnováhy subsystému nervová regulácia). Keď |
| | ultradlhé (asi 10 – 20 rokov) nepretržité vystavenie | |
| | možno (podľa neoverených údajov) vývoj niektorých | |
| onkologické ochorenia | |
|2. Interné | K dnešnému dňu údaje o sťažnostiach na zhoršenie |
| elektrické vedenie budov | zdravotníctvo, priamo súvisiace s prácou vo vnútri | |
| a štruktúry | Elektrina nie je k dispozícii | |
|3. Domácnosť | Existujú neoverené údaje o kožných ťažkostiach, |
elektrické spotrebiče | Kardiovaskulárna a nervová patológia z dlhodobého hľadiska | |
| systematické používanie starých mikrovlnných rúr | |
| | Modely (do vydania v roku 1995). | Existujú aj podobné | |
| údaje aplikácie mikrovlnné rúry všetky |
| | Modely vo výrobnom prostredí (napríklad na zahriatie | |
| | jedlo v kaviarni). Okrem mikrovlnných rúr sú tu informácie o |
| |negatívny vplyv o zdraví ľudí s televízormi v |
| ako zobrazovacie zariadenie katódová trubica | |
Shmelev V.E., Sbitnev S.A.
"TEORETICKÉ ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY"
"TEÓRIA ELEKTROMAGNETICKÉHO POLE"
Kapitola 1. Základné pojmy teórie elektromagnetického poľa
§ 1.1. Stanovenie elektromagnetického poľa a jeho fyzikálnych veličín.
Matematický aparát teórie elektromagnetického poľa
elektromagnetického poľa(EMF) je druh hmoty, ktorá silovo pôsobí na nabité častice a je vo všetkých bodoch určená dvoma pármi vektorových veličín, ktoré charakterizujú jej dve strany – elektrické a magnetické pole.
Elektrické pole- ide o zložku EMP, ktorá sa vyznačuje dopadom na elektricky nabitú časticu silou úmernou náboju častice a nezávislou od jej rýchlosti.
Magnetické pole- ide o zložku EMP, ktorá sa vyznačuje dopadom na pohybujúcu sa časticu silou úmernou náboju častice a jej rýchlosti.
Naučené v kurze teoretické základy elektrotechnika, hlavné vlastnosti a metódy na výpočet EMF implikujú kvalitatívne a kvantitatívny výskum EMP nachádzajúce sa v elektrických, elektronických a biomedicínskych zariadeniach. Na to sú najvhodnejšie rovnice elektrodynamiky v integrálnych a diferenciálnych formách.
Matematický aparát teórie elektromagnetického poľa (TEMF) je založený na teórii skalárneho poľa, vektorovej a tenzorovej analýze, ako aj na diferenciálnom a integrálnom počte.
1. Čo je to elektromagnetické pole?
2. Čo sa nazýva elektrické a magnetické pole?
3. Čo je základom matematického aparátu teórie elektromagnetického poľa?
§ 1.2. Fyzikálne veličiny charakterizujúce EMP
Vektor intenzity elektrického poľa v bode Q sa nazýva vektor sily pôsobiacej na elektricky nabitú stacionárnu časticu umiestnenú v bode Q ak má táto častica jednotkový kladný náboj.
Podľa tejto definície elektrická sila pôsobiace na bodový náboj q rovná sa:
kde E merané vo V/m.
Magnetické pole je charakterizované vektor magnetickej indukcie. Magnetická indukcia v určitom bode pozorovania Q je vektorová veličina, ktorej modul sa rovná magnetickej sile pôsobiacej na nabitú časticu umiestnenú v bode Q, ktorý má jednotkový náboj a pohybuje sa jednotkovou rýchlosťou a vektory sily, rýchlosti, magnetickej indukcie a tiež náboj častice spĺňajú podmienku
.
Magnetickú silu pôsobiacu na krivočiary vodič s prúdom možno určiť podľa vzorca
.
Na priamy vodič, ak je v rovnomernom poli, pôsobí nasledujúca magnetická sila
.
Vo všetkých najnovších vzorcoch B - magnetická indukcia, ktorá sa meria v tesle (Tl).
1 T je taká magnetická indukcia, pri ktorej na priamy vodič s prúdom 1A pôsobí magnetická sila rovnajúca sa 1N, ak čiary magnetickej indukcie smerujú kolmo na vodič s prúdom a ak je dĺžka vodiča 1m.
Teória elektromagnetického poľa okrem intenzity elektrického poľa a magnetickej indukcie zohľadňuje aj nasledujúce vektorové veličiny:
1) elektrická indukcia D (elektrický výtlak), ktorý sa meria v C / m 2,
Vektory EMF sú funkciami priestoru a času:
kde Q- pozorovací bod, t- okamih času.
Ak je pozorovací bod Q je vo vákuu, potom medzi zodpovedajúcimi dvojicami vektorových veličín platia nasledujúce vzťahy
kde je absolútny dielektrická konštanta vákuum (základná elektrická konštanta), \u003d 8,85419 * 10 -12;
Absolútna magnetická permeabilita vákua (základná magnetická konštanta); \u003d 4π * 10 -7.
testovacie otázky
1. Aká je intenzita elektrického poľa?
2. Čo sa nazýva magnetická indukcia?
3. Aká magnetická sila pôsobí na pohybujúcu sa nabitú časticu?
4. Aká magnetická sila pôsobí na vodič s prúdom?
5. Aké vektorové veličiny charakterizujú elektrické pole?
6. Aké vektorové veličiny charakterizujú magnetické pole?
§ 1.3. Zdroje elektromagnetického poľa
Zdrojmi EMP sú elektrické náboje, elektrické dipóly, pohyblivé elektrické náboje, elektrické prúdy, magnetické dipóly.
Pojmy elektrický náboj a elektrický prúd sú uvedené v kurze fyziky. Elektrické prúdy sú troch typov:
1. Vodivé prúdy.
2. Výtlačné prúdy.
3. Prenosové prúdy.
Vodivý prúd- rýchlosť prechodu pohyblivých nábojov elektricky vodivého telesa určitým povrchom.
Predpätý prúd- rýchlosť zmeny toku vektora elektrického posunu určitým povrchom.
.
Prenosový prúd charakterizované nasledujúcim výrazom
kde v - rýchlosť prenosu telies povrchom S; n - vektor jednotky kolmo k povrchu; - lineárna hustota náboja telies letiacich povrchom v smere normály; ρ- objemová hmotnosť nabíjačka; p v - hustota prenosového prúdu.
elektrický dipól zvolal pár bodové poplatky +q a - q nachádza sa na diaľku l od seba (obr. 1).
Bodový elektrický dipól je charakterizovaný elektrickým vektorom dipólového momentu:
magnetický dipól nazývaný plochý obvod s elektrickým prúdom ja Magnetický dipól je charakterizovaný vektorom magnetického dipólového momentu
kde S je plošný vektor plochého povrchu natiahnutého cez obvod prúdom. Vektor S nasmerované kolmo na túto rovnú plochu, navyše, ak sa pozeráme z konca vektora S , potom sa pohyb pozdĺž obrysu v smere zhodujúcom sa so smerom prúdu uskutoční proti smeru hodinových ručičiek. To znamená, že smer dipólového vektora magnetický moment súvisí so smerom prúdu podľa pravidla pravej skrutky.
Atómy a molekuly hmoty sú elektrické a magnetické dipóly, takže každý bod skutočného typu v EMF možno charakterizovať objemovou hustotou elektrického a magnetického dipólového momentu:
P - elektrická polarizácia látky:
M - magnetizácia látky:
Elektrická polarizácia hmoty je vektorová veličina rovnajúca sa objemovej hustote elektrického dipólového momentu v niektorom bode reálneho telesa.
Magnetizácia hmoty je vektorová veličina rovnajúca sa objemovej hustote magnetického dipólového momentu v niektorom bode reálneho telesa.
elektrický posun je vektorová veličina, ktorá sa pre ktorýkoľvek bod pozorovania, bez ohľadu na to, či je vo vákuu alebo v hmote, určuje zo vzťahu:
(pre vákuum alebo hmotu),
(iba pre vákuum).
Sila magnetického poľa- vektorová veličina, ktorá je pre ktorýkoľvek bod pozorovania, bez ohľadu na to, či je vo vákuu alebo v látke, určená zo vzťahu:
,
kde sa sila magnetického poľa meria v A/m.
Okrem polarizácie a magnetizácie existujú aj ďalšie objemovo distribuované zdroje EMF:
- objemová hustota elektrického náboja ; ,
kde objemová hustota elektrického náboja sa meria v C/m 3 ;
- vektor hustoty elektrického prúdu, ktorého normálna zložka sa rovná
Vo viac všeobecný prípad prúd pretekajúci cez otvorený povrch S, sa rovná toku vektora prúdovej hustoty cez tento povrch:
kde vektor hustoty elektrického prúdu sa meria v A/m 2 .
testovacie otázky
1. Aké sú zdroje elektromagnetického poľa?
2. Čo je vodivý prúd?
3. Čo je to predpätý prúd?
4. Čo je prenosový prúd?
5. Čo je elektrický dipól a elektrický dipólový moment?
6. Čo je magnetický dipól a magnetický dipólový moment?
7. Ako sa nazýva elektrická polarizácia a magnetizácia látky?
8. Čo sa nazýva elektrický posun?
9. Ako sa nazýva sila magnetického poľa?
10. Aká je objemová hustota elektrického náboja a prúdová hustota?
Príklad aplikácie MATLAB
Úloha.
Dané: Obvod s elektrickým prúdom ja v priestore je obvod trojuholníka, ktorého kartézske súradnice vrcholov sú dané: X 1 , X 2 , X 3 , r 1 , r 2 , r 3 , z 1 , z 2 , z 3. Tu sú dolné indexy čísla vrcholov. Vrcholy sú očíslované v smere toku elektrického prúdu.
Požadovaný zostavte funkciu MATLABu, ktorá vypočíta vektor dipólového magnetického momentu obvodu. Pri zostavovaní m-súboru možno predpokladať, že priestorové súradnice sa merajú v metroch a prúd sa meria v ampéroch. Je povolená ľubovoľná organizácia vstupných a výstupných parametrov.
rozhodnutie
% m_dip_moment - výpočet magnetického dipólového momentu trojuholníkového obvodu s prúdom v priestore
%pm = m_dip_moment(tok,uzly)
% VSTUPNÝCH PARAMETROV
% prúd - prúd v obvode;
% uzlov - štvorcovú maticu formulára .“ , ktorého každý riadok obsahuje súradnice zodpovedajúceho vrcholu.
% VÝSTUPNÝ PARAMETER
% pm je riadková matica kartézskych zložiek vektora magnetického dipólového momentu.
funkcia pm = m_dip_moment(tok,uzly);
pm=tok*)]) det()]) det()])]/2;
% V poslednom výroku je plošný vektor trojuholníka vynásobený prúdom
>> uzly=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,uzly)
13.442 20.637 -2.9692
AT tento prípad Stalo P M = (13,442* 1 X + 20.637*1 r - 2.9692*1 z) A * m 2, ak je prúd v obvode 1 A.
§ 1.4. Priestorové diferenciálne operátory v teórii elektromagnetického poľa
Gradient skalárne pole Φ( Q) = Φ( x, y, z) sa nazýva vektorové pole definované vzorcom:
,
kde V 1 - oblasť obsahujúca bod Q; S 1 - ohraničujúca oblasť uzavretého povrchu V 1 , Q 1 - bodka, povrch S jeden ; δ - najväčšia vzdialenosť od bodu Q k bodom na povrchu S 1 (max| QQ 1 |).
Divergencia vektorové pole F (Q)=F (x, y, z) sa nazýva skalárne pole definované vzorcom:
Rotor(vírové) vektorové pole F (Q)=F (x, y, z) je vektorové pole definované vzorcom:
hniloba F
= 
Operátor Nabla je vektorový diferenciálny operátor, ktorý v Kartézske súradnice sa určuje podľa vzorca:
Predstavme si grad, div a rot cez operátor nabla:
Tieto operátory zapisujeme v karteziánskych súradniciach:
; 
;
Laplaceov operátor v karteziánskych súradniciach je definovaný vzorcom:
Diferenčné operátory druhého rádu:
Integrálne vety
gradientová veta 
;
Veta o divergencii 
Rotorová veta 
V teórii EMF sa používa ešte jedna integrálna veta:
.
testovacie otázky
1. Čo sa nazýva gradient skalárneho poľa?
2. Čo sa nazýva divergencia vektorového poľa?
3. Čo sa nazýva rotor vektorového poľa?
4. Čo je operátor nabla a ako sa ním vyjadrujú diferenciálne operátory prvého rádu?
5. Čo integrálne vety platí pre skalárne a vektorové polia?
Príklad aplikácie MATLAB
Úloha.
Dané: V objeme štvorstenu sa skalárne a vektorové pole menia podľa lineárneho zákona. Súradnice vrcholov štvorstenu sú dané maticou v tvare [ X 1 , r 1 , z 1 ; X 2 , r 2 , z 2 ; X 3 , r 3 , z 3 ; X 4 , r 4 , z 4]. Hodnoty skalárneho poľa vo vrcholoch sú dané maticou [Ф 1 ; F2; F3; F 4]. Kartézske zložky vektorového poľa vo vrcholoch sú dané maticou [ F 1 X, F 1r, F 1z; F 2X, F 2r, F 2z; F 3X, F 3r, F 3z; F 4X, F 4r, F 4z].
Definujte v objeme štvorstenu gradient skalárneho poľa, ako aj divergencia a zvlnenie vektorového poľa. Napíšte na to funkciu MATLABu.
rozhodnutie. Nižšie je uvedený text funkcie m.
% grad_div_rot - Výpočet gradientu, divergencie a zvlnenia... v objeme štvorstenu
%=grad_div_rot(uzly,skalar,vektor)
% VSTUPNÝCH PARAMETROV
% uzlov - matica súradníc vrcholov štvorstenu:
% riadkov zodpovedá vrcholom, stĺpce - súradnice;
% skalárne - stĺpcová matica hodnôt skalárneho poľa vo vrcholoch;
% vektora - matica komponentov vektorového poľa vo vrcholoch:
% VÝSTUPNÝCH PARAMETROV
% grad - riadkovej matice karteziánskych gradientových zložiek skalárneho poľa;
% div - hodnota divergencie vektorového poľa v objeme štvorstenu;
% rot - riadková matica karteziánskych zložiek rotora vektorového poľa.
% Vo výpočtoch sa predpokladá, že v objeme štvorstenu
% vektorových a skalárnych polí sa mení v priestore podľa lineárneho zákona.
function =grad_div_rot(uzly,skalar,vektor);
a=inv(); % Koeficientová matica lineárna interpolácia
grad=(a(2:end,:)*skalar)."; % zložiek gradientu skalárneho poľa
div=*vektor(:); % Divergencia vektorového poľa
rot=sum(kriz(a(2:koniec,:),vektor."),2).";
Príklad spustenia vyvinutej m-funkcie:
>> nodes=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)
>>vector=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(uzly,skalar,vektor)
0.16983 -0.03922 -0.17125
0.91808 0.20057 0.78844
Ak predpokladáme, že priestorové súradnice sa merajú v metroch a vektorové a skalárne polia sú bezrozmerné, potom sa v tomto príklade ukázalo:
grad Ф = (-0,16983* 1 X - 0.03922*1 r - 0.17125*1 z m-1;
div F = -1,0112 m-1;
hniloba F = (-0.91808*1 X + 0.20057*1 r + 0.78844*1 z m-1.
§ 1.5. Základné zákony teórie elektromagnetického poľa
EMF rovnice v integrálna forma
Celý aktuálny zákon:
alebo 
Cirkulácia vektora intenzity magnetického poľa pozdĺž obrysu l sa rovná celkovému elektrickému prúdu pretekajúcemu povrchom S, natiahnutý cez obrys l, ak smer prúdu tvorí pravotočivý systém so smerom obchádzania obvodu.
zákon elektromagnetická indukcia:
,
kde E c je sila vonkajšieho elektrického poľa.
EMF elektromagnetické indukcia e a v okruhu l rovná rýchlosti zmeny magnetický tok cez povrch S, natiahnutý cez obrys l, a smer rýchlosti zmeny magnetického toku sa tvorí so smerom e a ľavostranným systémom.
Gaussova veta v integrálnom tvare:
Vektorový tok elektrického posunu cez uzavretý povrch S sa rovná súčtu voľné elektrické náboje v objeme ohraničenom povrchom S.
Zákon spojitosti magnetických indukčných čiar:
Magnetický tok cez akýkoľvek uzavretý povrch je nulový.
Priama aplikácia rovníc v integrálnom tvare umožňuje vypočítať najjednoduchšie elektromagnetické polia. Na výpočet elektromagnetických polí cez zložitý tvar aplikovať rovnice v diferenciálnom tvare. Tieto rovnice sa nazývajú Maxwellove rovnice.
Maxwellove rovnice pre stále prostredia
Tieto rovnice vyplývajú priamo z príslušných rovníc v integrálnom tvare az matematické definície priestorové diferenciálne operátory.
Celkový súčasný zákon v diferenciálnej forme:
,
Celková hustota elektrického prúdu,
Hustota externého elektrického prúdu,
Hustota vodivý prúd,
Hustota výtlačného prúdu: ,
Hustota prenosového prúdu: .
To znamená, že elektrický prúd je vírovým zdrojom vektorového poľa intenzity magnetického poľa.
Zákon elektromagnetickej indukcie v diferenciálnej forme:
To znamená, že striedavé magnetické pole je zdrojom víru pre priestorové rozloženie vektor intenzity elektrického poľa.
Rovnica spojitosti magnetických indukčných čiar:
To znamená, že pole vektora magnetickej indukcie nemá zdroje, t.j. v prírode neexistuje magnetické náboje(magnetické monopóly).
Gaussova veta v diferenciálnom tvare:
To znamená, že zdrojom vektorového poľa elektrického posunu sú elektrické náboje.
Na zabezpečenie jedinečnosti riešenia problému analýzy EMF je potrebné doplniť Maxwellove rovnice rovnicami hmotné spojenie medzi vektormi E a D , ako aj B a H .
Vzťah medzi vektormi poľa a elektrofyzikálnymi vlastnosťami prostredia
To je známe
| (1) |
Všetky dielektrika sú polarizované elektrickým poľom. Všetky magnety sú magnetizované magnetickým poľom. Statické dielektrické vlastnosti látky možno úplne opísať funkčnou závislosťou vektora polarizácie P z vektora intenzity elektrického poľa E (P =P (E )). Statické magnetické vlastnosti látky možno plne opísať funkčnou závislosťou vektora magnetizácie M z vektora intenzity magnetického poľa H (M =M (H )). Vo všeobecnom prípade sú takéto závislosti nejednoznačné (hysteréza). To znamená, že vektor polarizácie alebo magnetizácie v bode Q je určená nielen hodnotou vektora E alebo H v tomto bode, ale aj históriu zmeny vektora E alebo H v tomto bode. Je mimoriadne ťažké experimentálne skúmať a modelovať tieto závislosti. Preto sa v praxi často predpokladá, že vektory P a E , ako aj M a H kolineárne a elektrofyzikálne vlastnosti látky sú opísané skalárnymi hysteréznymi funkciami (| P |=|P |(|E |), |M |=|M |(|H |). Ak je možné zanedbať hysterézne charakteristiky vyššie uvedených funkcií, potom sú elektrické vlastnosti opísané jednohodnotovými funkciami P=P(E), M=M(H).
V mnohých prípadoch možno tieto funkcie považovať približne za lineárne, t.j.
Potom, berúc do úvahy vzťah (1), môžeme napísať nasledovné
| , | (4) |
V súlade s tým relatívna dielektrická a magnetická permeabilita látky:
Absolútna permitivita látky:
Absolútna magnetická permeabilita látky:
Vzťahy (2), (3), (4) charakterizujú dielektrické a magnetické vlastnosti látky. Elektricky vodivé vlastnosti látky možno opísať Ohmovým zákonom v diferenciálnej forme
kde - konkrétne elektrická vodivosť látky, merané v S/m.
Vo všeobecnejšom prípade má závislosť medzi hustotou vodivého prúdu a vektorom intenzity elektrického poľa nelineárny vektor-hysterézny charakter.
Energia elektromagnetického poľa
Objemová hustota energie elektrického poľa je
,
kde W e sa meria v J/m3.
Objemová hustota energie magnetického poľa je
,
kde W m sa meria v J/m3.
Objemová hustota energie elektromagnetického poľa sa rovná
V prípade lineárnych elektrických a magnetické vlastnosti hmoty, objemová hustota energie EMP sa rovná
Tento výraz platí pre okamžité hodnoty špecifickej energie a vektorov EMF.
Merný výkon tepelných strát z vodivých prúdov
Špecifická sila zdrojov tretích strán
testovacie otázky
1. Ako je formulovaný celkový súčasný zákon v integrálnej forme?
2. Ako je formulovaný zákon elektromagnetickej indukcie v integrálnom tvare?
3. Ako je formulovaná Gaussova veta a zákon spojitosti magnetického toku v integrálnom tvare?
4. Ako je formulovaný zákon celkového prúdu v diferenciálnej forme?
5. Ako je formulovaný zákon elektromagnetickej indukcie v diferenciálnej forme?
6. Ako je formulovaná Gaussova veta a zákon spojitosti magnetických indukčných čiar v integrálnom tvare?
7. Aké vzťahy popisujú elektrické vlastnosti hmoty?
8. Ako sa vyjadruje energia elektromagnetického poľa pomocou vektorových veličín, ktoré ju určujú?
9. Ako sa určuje hustota výkonu tepelné straty a merný výkon zdrojov tretích strán?
Príklady aplikácií MATLABu
Úloha 1.
Dané: Vo vnútri objemu štvorstenu sa magnetická indukcia a magnetizácia látky mení podľa lineárneho zákona. Sú uvedené súradnice vrcholov štvorstenu, sú uvedené aj hodnoty vektorov magnetickej indukcie a magnetizácie látky vo vrcholoch.
Vypočítajte hustota elektrického prúdu v objeme štvorstenu pomocou m-funkcie zostavenej pri riešení úlohy v predchádzajúcom odseku. Vykonajte výpočet v príkazovom okne MATLABu za predpokladu, že priestorové súradnice sú merané v milimetroch, magnetická indukcia je v telasách, sila magnetického poľa a magnetizácia sú v kA/m.
rozhodnutie.
Nastavme zdrojové dáta vo formáte kompatibilnom s m-funkciou grad_div_rot:
>> nodes=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 % absolútna magnetická permeabilita vákua, 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(nodes,ones(4,1),B/mu0-M)
0 -3,0358e-017 0
914.2 527.76 -340.67
V tomto príklade sa ukázalo, že vektor celkovej prúdovej hustoty v uvažovanom objeme sa rovná (-914,2* 1 X + 527.76*1 r - 340.67*1 z) A/mm2. Na určenie modulu prúdovej hustoty vykonajte nasledujúci príkaz:
>> cur_d=sqrt(cur_dens*cur_dens.“)
Vypočítanú hodnotu prúdovej hustoty nie je možné získať vo vysoko magnetizovaných médiách v reálnych technických zariadeniach. Tento príklad je čisto vzdelávací. A teraz si skontrolujeme správnosť nastavenia rozloženia magnetickej indukcie v objeme štvorstenu. Ak to chcete urobiť, vykonajte nasledujúce vyhlásenie:
>> =grad_div_rot(nodes,ones(4,1),B)
0 -3,0358e-017 0
0.38115 0.37114 -0.55567
Tu máme hodnotu div B \u003d -0,34415 T / mm, čo nemôže byť v súlade so zákonom o spojitosti magnetických indukčných čiar v diferenciálnej forme. Z toho vyplýva, že rozloženie magnetickej indukcie v objeme štvorstenu je nesprávne nastavené.
Úloha 2.
Nech je štvorsten, ktorého súradnice vrcholov sú uvedené, vo vzduchu (mernými jednotkami sú metre). Nech sú uvedené hodnoty vektora intenzity elektrického poľa v jeho vrcholoch (merné jednotky - kV/m).
Požadovaný vypočítajte objemovú hustotu elektrického náboja vo vnútri štvorstenu.
rozhodnutie možno urobiť podobne:
>> nodes=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 % absolútna permitivita vákua, 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 tomto príklade sa objemová hustota náboja ukázala ako 0,10685 μC/m3.
§ 1.6. Okrajové podmienky pre vektory EMF.
Zákon zachovania náboja. Umov-Poyntingova veta
alebo 
Je to označené tu: H 1 - vektor intenzity magnetického poľa na rozhraní medzi médiami v prostredí č. 1; H 2 - to isté v prostredí č. 2; H 1t- tangenciálna (tangenciálna) zložka vektora intenzity magnetického poľa na rozhraní média v médiu č.1; H 2t- to isté v prostredí č. 2; E 1 je vektor celkovej intenzity elektrického poľa na rozhraní média v médiu č. 1; E 2 - to isté v prostredí č. 2; E 1 c - cudzí komponent vektora intenzity elektrického poľa na rozhraní média v médiu č. 1; E 2c - to isté v prostredí č. 2; E 1t- tangenciálna zložka vektora intenzity elektrického poľa na rozhraní médií v médiu č. 1; E 2t- to isté v prostredí č. 2; E 1 s t- tangenciálny komponent tretej strany vektora intenzity elektrického poľa na rozhraní média v médiu č. 1; E 2t- to isté v prostredí č. 2; B 1 - vektor magnetickej indukcie na rozhraní medzi médiami v médiu č. 1; B 2 - to isté v prostredí č. 2; B 1n- normálna zložka vektora magnetickej indukcie na rozhraní medzi médiami v médiu č. 1; B 2n- to isté v prostredí č. 2; D 1 - vektor elektrického posunu na rozhraní média v médiu č. 1; D 2 - to isté v prostredí č. 2; D 1n- normálna zložka vektora elektrického posunu na rozhraní média v médiu č. 1; D 2n- to isté v prostredí č. 2; σ je povrchová hustota elektrického náboja na rozhraní medzi médiami, meraná v C/m 2 .
Zákon zachovania náboja
Ak neexistujú žiadne aktuálne zdroje tretích strán, potom
,
a vo všeobecnom prípade, t.j. vektor celkovej prúdovej hustoty nemá žiadne zdroje, t.j. celkové prúdové čiary sú vždy uzavreté
Umov-Poyntingova vetaObjemová hustota spotrebovaného výkonu hmotný bod v EMF sa rovná
Podľa identity (1)
Toto je rovnica rovnováhy výkonu pre objem V. Vo všeobecnom prípade, v súlade s rovnosťou (3), elektromagnetická energia generovaná zdrojmi vo vnútri objemu V, ide strata tepla, na akumuláciu EMF energie a na vyžarovanie do okolitého priestoru cez uzavretý povrch, ktorý obmedzuje tento objem.
Integrand v integráli (2) sa nazýva Poyntingov vektor:
,
kde P merané vo W/m2.
Tento vektor rovná hustote tok elektromagnetickej energie v určitom bode pozorovania. Rovnosť (3) - áno matematický výraz Umov-Poyntingov teorém.
Elektromagnetická sila vyžarovaná oblasťou V do okolitého priestoru sa rovná toku Poyntingovho vektora cez uzavretý povrch S, ohraničujúca oblasť V.
testovacie otázky
1. Aké výrazy popisujú okrajové podmienky pre vektory elektromagnetického poľa na rozhraniach médií?
2. Ako je formulovaný zákon zachovania náboja v diferenciálnom tvare?
3. Ako je formulovaný zákon zachovania náboja v integrálnom tvare?
4. Aké výrazy popisujú okrajové podmienky pre prúdovú hustotu na rozhraniach médií?
5. Aká je objemová hustota energie spotrebovanej hmotným bodom v elektromagnetickom poli?
6. Ako sa píše rovnica rovnováhy elektromagnetického výkonu pre určitý objem?
7. Čo je Poyntingov vektor?
8. Ako je formulovaná Umov-Poyntingova veta?
Príklad aplikácie MATLAB
Úloha.
Dané: V priestore je trojuholníková plocha. Súradnice vrcholov sú nastavené. Uvedené sú aj hodnoty vektorov intenzity elektrického a magnetického poľa vo vrcholoch. Zložka sily elektrického poľa tretej strany je nulová.
Požadovaný vypočítajte elektromagnetickú energiu, ktorá cez to prechádza trojuholníkový povrch. Vytvorte funkciu MATLABu, ktorá vykoná tento výpočet. Pri výpočte vezmite do úvahy, že kladný normálový vektor je nasmerovaný takým spôsobom, že ak sa pozriete z jeho konca, pohyb vo vzostupnom poradí čísel vrcholov nastane proti smeru hodinových ručičiek.
rozhodnutie. Nižšie je uvedený text funkcie m.
% em_power_tri - výpočet prechádzajúceho elektromagnetického výkonu
% trojuholníkového povrchu v priestore
%P=em_power_tri(uzly,E,H)
% VSTUPNÝCH PARAMETROV
% uzlov - štvorcová matica ako ." ,
% v každom riadku ktorého sú zapísané súradnice príslušného vrcholu.
% E - matica zložiek vektora intenzity elektrického poľa vo vrcholoch:
% Riadky zodpovedajú vrcholom, stĺpce zodpovedajú karteziánskym komponentom.
% H - matica zložiek vektora intenzity magnetického poľa vo vrcholoch.
% VÝSTUPNÝ PARAMETER
%P - elektromagnetická sila prechádzajúca trojuholníkom
% Výpočty predpokladajú, že na trojuholníku
% vektorov intenzity poľa sa mení v priestore podľa lineárneho zákona.
funkcia P=em_power_tri(uzly,E,H);
% Vypočítajte vektor dvojitý štvorec trojuholník
S=)]) det()]) det()])];
P=súčet(kríž(E,(jednotky(3,3)+oko(3))*H,2))*S."/24;
Príklad spustenia vyvinutej m-funkcie:
>> nodes=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(uzly,E,H)
Ak predpokladáme, že priestorové súradnice sa merajú v metroch, vektor intenzity elektrického poľa je vo voltoch na meter, vektor intenzity magnetického poľa je v ampéroch na meter, potom sa v tomto príklade elektromagnetický výkon prechádzajúci trojuholníkom ukázal ako 0,18221 W.
Elektromagnetické pole je striedavé elektrické a magnetické pole, ktoré sa navzájom vytvára.
Teóriu elektromagnetického poľa vytvoril James Maxwell v roku 1865.
Teoreticky dokázal, že:
akákoľvek zmena magnetického poľa v priebehu času má za následok meniace sa elektrické pole a akákoľvek zmena v elektrickom poli v priebehu času vedie k meniacemu sa magnetickému poľu.
Ak sa elektrické náboje pohybujú so zrýchlením, potom sa nimi vytvorené elektrické pole periodicky mení a samo vytvára striedavé magnetické pole v priestore atď.
Zdroje elektromagnetického poľa môžu byť:
- pohyblivý magnet;
- elektrický náboj pohybujúci sa zrýchlením alebo kmitaním (na rozdiel od náboja pohybujúceho sa konštantnou rýchlosťou napr. pri jednosmernom prúde vo vodiči tu vzniká konštantné magnetické pole).
Okolo elektrického náboja vždy existuje elektrické pole, v akomkoľvek referenčnom rámci existuje magnetické pole v tom, ku ktorému sa elektrické náboje pohybujú.
Elektromagnetické pole existuje v referenčnom rámci, vzhľadom na ktorý sa elektrické náboje pohybujú so zrýchlením.
VYSKÚŠAJTE RIEŠENIE
Kúsok jantáru sa trel o látku a nabil sa statickou elektrinou. Aké pole možno nájsť okolo nehybného jantáru? Okolo pohybu?
Nabité teleso je vo vzťahu k zemskému povrchu v pokoji. Automobil sa pohybuje rovnomerne a priamočiaro vzhľadom k povrchu zeme. Je možné zistiť konštantné magnetické pole v referenčnom rámci spojenom s autom?
Aké pole vzniká okolo elektrónu, ak: je v pokoji; pohyb konštantnou rýchlosťou; pohybuje sa zrýchlením?
Kineskop vytvára prúd rovnomerne sa pohybujúcich elektrónov. Je možné detekovať magnetické pole v referenčnom rámci spojenom s jedným z pohybujúcich sa elektrónov?
ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY
Elektromagnetické vlny sú elektromagnetické pole šíriace sa v priestore s konečná rýchlosť v závislosti od vlastností média
Vlastnosti elektromagnetických vĺn:
- šíriť sa nielen v hmote, ale aj vo vákuu;
- šíria sa vo vákuu rýchlosťou svetla (С = 300 000 km/s);
- Toto priečne vlny;
- sú to putujúce vlny (prenášajú energiu).
Zdrojom elektromagnetických vĺn sú rýchlo sa pohybujúce elektrické náboje.
Oscilácie elektrických nábojov sú sprevádzané elektromagnetickým žiarením s frekvenciou rovnajúcou sa frekvencii oscilácií náboja.
MIERKA ELEKTROMAGNETICKÝCH VLN
Všetok priestor okolo nás je preniknutý elektromagnetickým žiarením. Slnko, telesá okolo nás, antény vysielačov vyžarujú elektromagnetické vlny, ktoré majú v závislosti od frekvencie kmitov rôzne názvy.
Rádiové vlny sú elektromagnetické vlny (s vlnovou dĺžkou od viac ako 10 000 m do 0,005 m), ktoré sa používajú na prenos signálov (informácií) na vzdialenosť bez drôtov.
Pri rádiovej komunikácii vznikajú rádiové vlny vysokofrekvenčnými prúdmi prúdiacimi v anténe.
rádiové vlny rôzne dĺžky sú distribuované rôzne.
Elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou menšou ako 0,005 m, ale väčšou ako 770 nm, t. j. ležiace medzi rozsahom rádiových vĺn a dosahom viditeľné svetlo, sa nazývajú infračervené žiarenie (IR).
Infra červená radiácia vyžarujú akékoľvek zahriate teleso. Zdrojom infračerveného žiarenia sú kachle, ohrievače vody, elektrické lampyžiarovka. Pomocou špeciálnych prístrojov možno infračervené žiarenie premeniť na viditeľné svetlo a získať tak snímky vyhrievaných predmetov úplná tma. Infračervené žiarenie sa používa na sušenie lakovaných výrobkov, stien budov, dreva.
Viditeľné svetlo zahŕňa žiarenie s vlnovou dĺžkou približne 770 nm až 380 nm, od červeného po fialové svetlo. Hodnoty tejto časti spektra elektromagnetického žiarenia v ľudskom živote sú mimoriadne veľké, pretože takmer všetky informácie o svete okolo človeka získavajú prostredníctvom videnia. Svetlo je predpokladom pre rozvoj zelených rastlín a preto nevyhnutná podmienka pre existenciu života na Zemi.
pre oči neviditeľné elektromagnetická radiácia s vlnovou dĺžkou kratšou ako má fialové svetlo sa nazýva ultrafialové žiarenie (UV).Ultrafialové žiarenie je schopné zabíjať patogénne baktérie, preto má široké využitie v medicíne. Vrátane UV žiarenia slnečné svetlo príčin biologické procesyčo vedie k stmavnutiu ľudskej pokožky - spáleniu od slnka. Ako zdroje ultrafialové žiarenie výbojky sa používajú v medicíne. Rúry takýchto lámp sú vyrobené z kremeňa, priehľadného pre ultrafialové lúče; preto sa tieto lampy nazývajú kremenné lampy.
Röntgenové lúče (Ri) sú pre atóm neviditeľné. Prechádzajú bez výraznej absorpcie cez výrazné vrstvy materiálu, ktorý je nepriepustný pre viditeľné svetlo. Röntgenové lúče sú detekované ich schopnosťou spôsobiť určitú žiaru určitých kryštálov a pôsobiť na fotografický film. Schopnosť röntgenového žiarenia prenikať cez hrubé vrstvy látok sa využíva na diagnostiku chorôb vnútorných orgánov človeka.
