что служит источником электромагнитного поля

Вопросы.

1. Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чем заключалась ее суть?

2. Что служит источником электромагнитного поля?

Источником электромагнитного поля служат ускоренно движущиеся электрические заряды.

3. Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от силовых линий электростатического?

Силовые линии вихревого электрического поля замкнуты сами на себя, а силовые линии электростатического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

4. Опишите механизм возникновения индукционного тока, опираясь на знание о существовании электромагнитного поля.

Индукционный ток возникает за счет вихревого электрического поля, под действием которого свободные заряды в проводнике приходят в направленное движение, т.е. возникает электрический ток.

Упражнения.

1. В опыте, изображенном на рисунке 127, при замыкании ключа сила тока, протекающего через катушку А, в течение некоторого промежутка времени увеличивалась. При этом в цепи катушки С возникал кратковременный ток. Отличаются ли чем-нибудь электрические поля, под действием которых возникали токи в катушках А и С? Существовали бы эти поля в момент замыкания ключа, если бы не было катушки С с гальванометром?

С физической точки зрения эти поля не отличаются ничем, они имеют одинаковую природу, однако если в катушке А поле создано внешним источником тока, то в С оно наведено (индуцировано) магнитным полем катушки А. Если бы не было катушки С и гальванометра, то это поле существовало, но лишь у катушки А.

Источник

Что служит источником электромагнитного поля

1. Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чем заключалась ее суть?

Английский физик Джеймс Максвелл (1831-1879) создал теорию электромагнитного поля

Он теоретически доказал, что всякое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению переменного электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает переменное магнитное поле.

Эти порождающие друг друга переменные электрическое и магнитное поля образуют единое электромагнитое поле.

2. Что служит источником электромагнитного поля?

Источником электромагнитного поля служат ускоренно движущиеся электрические заряды.

Если электрические заряды движутся с ускорением, например колеблются, то создаваемое ими электрическое поле периодически меняется.
Переменное электрическое поле создаёт в пространстве переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменное электрическое и т. д.

3. Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от силовых линий электростатического?

Силовые линии вихревого электрического поля (переменного электрического поля) замкнуты подобно линиям индукции магнитного поля.

Силовые линии электростатического (постоянного, не меняющегося во времени) поля существует вокруг неподвижных заряженных тел.
Силовые линии электростатического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

4. Опираясь на знание о существовании электромагнитного поля, поясните, в чем состоит механизм возникновения индукционного тока?

Индукционный ток возникает тогда, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий контур замкнутого проводника.
Согласно теории Максвелла, при этом возникает вихревое электрическое поле, под действием которого свободные заряды, всегда имеющиеся в проводнике, приходят в направленное движение.
Проводник, замкнутый на гальванометр, играет лишь роль индикатора, обнаруживающего возникшее в данной области пространства электрическое поле.
Электрическое поле существует независимо от наличия проводника.

Источник

Вопрос 2 § 43 Физика 9 класс Перышкин Что служит источником электромагнитного поля?

Кто знает?
Что служит источником электромагнитного поля?

Источником электромагнитного поля служат ускоренно движущиеся электрические заряды.

Привет. Выручайте с ответом по физике…
Поплавок со свинцовым грузилом внизу опускают
сначала в воду, потом в масло. В обоих ( Подробнее. )

Привет всем! Нужен ваш совет, как отвечать…
Изобразите силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости. ( Подробнее. )

Среди предложений 21-29:
(21) И Митрофанов услышал в этом смехе и прощение себе, и даже какое-то ( Подробнее. )

Источник

Источники электромагнитного поля и способы защиты от него

Виды и характеристики волн

Окружающий нас электромагнитный фон создается различными видами излучений. В том числе выделяют такие основные виды ЭМ волн:

Источники электромагнитного поля

Характеристики и степень опасности воздействия во многом зависит от того, что именно становится источником возникновения электромагнитного поля.

Все источники электромагнитного излучения по происхождению можно разделить на антропогенные и естественные.

Естественные источники

Естественными источниками электромагнитных полей являются природные объекты, которые создают излучение. Основными природными источниками являются:

Антропогенные источники

Антропогенные источники электромагнитного загрязнения – это оборудование и устройства, созданные человеком, которые в процессе работы генерируют ЭМИ.

В зависимости от того, что служит источником электромагнитного поля, и от величины частоты поля, эти источники делят на 2 типа – низко- и высокочастотного излучения.

Источники низкочастотного излучения волн

К низкочастотным антропогенным источникам электромагнитного загрязнения относится электрооборудование, электротехнические приборы и устройства, которые генерируют, распределяют, потребляют электроэнергию. Их рабочая частота не превышает 3 кГц. В эту категорию входят линии электропередач, кабели под напряжением, оборудование метрополитена, офисная и бытовая техника, электроника и т.д.

Машины во время движения генерируют электромагнитные волны которые создают помехи для теле- и радиооборудования. Также они оказывают негативное влияние на здоровье человека.

Источники высокочастотного излучения

К антропогенным высокочастотным источникам электромагнитного загрязнения относится электроника с рабочей частотой до 300 ГГц. Это бытовые и промышленные приборы, теле- и радиооборудование, навигационные приборы, мониторы компьютеров, микроволновые печи и т.д. Также в эту категорию входит другое оборудование, использующее электричество, и служащее источником излучения высокой частоты.

Природные источники ЭМП

По происхождению природные источники ЭМП делятся на 2 группы:

1) Поле Земли: постоянное электрическое и основное (или постоянное) магнитное поле.

2) Радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, галактики и пр.), при некоторых процессах, происходящих в атмосфере Земли (например, разряды молнии), при возбуждении колебаний в ионосфере Земли.

Естественное электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на поверхности, его напряженность на открытой местности обычно находится в диапазоне от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность этого поля до десятков-сотен кВ/м.

Антропогенные источники ЭМП

В соответствии с Международной классификацией источники ЭМП делятся на 2 группы:

1-я группа – источники генерирующие т. н. крайне низкие и сверх низкие частоты от 0 Гц до 3 кГц;

II-я группа – источники генерирующие излучение в радиочастотном диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц, включая микроволны (СВЧ-излучение) вдиапазоне от 300 МГц до 300 ГГц.

К первой группе относятся в первую очередь все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередач – трансформаторные подстанции, электростанции, системы электропроводки, различные кабельные системы); домашняя и. офисная электро- и электронная техника и т.д.; транспорт на электроприводе: ж/д транспорт и его инфраструктура, городской – метро, троллейбусный, трамвайный.

Вторая группа источников отличается гораздо большим разнообразием как по назначению, так и по режимам излучения.

Основную массу составляют так называемые функциональные передатчики – это источники ЭМП в целях передачи или получения информации, излучающие ее контролируемым образом в окружающую среду. Кроме них во вторую группу входят различное технологическое оборудование, использующее СВЧ излучение, переменные (50 Гц–1МГц) и импульсные магнитные поля; медицинские терапевтические и диагностические установки (20 МГц–3 ГГц), бытовое оборудование (СВЧ-печи), средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы ПК, телевизионных и т.п.).

Негативное влияние электромагнитных полей

Электромагнитное поле может оказывать негативное влияние на окружающую среду и на здоровье человека.

Воздействие на природу

Фактор электромагнитного загрязнения окружающей среды служит одним из основных видов негативного техногенного воздействия на природу. ЭМ поле влияет на развитие растений и животных.

Влияние на животных и растения

Установлено, что электромагнитное загрязнение создает неблагоприятные условия для жизнедеятельности живых организмов. Так, вблизи ЛЭП замедляется рост растений, происходит изменение размеров и формы плодов, меняются цветки и стебли.

Электромагнитный фон, значительно превышающий нормальный природный уровень, негативно отражается на здоровье животных. В том числе установлено воздействие на нервную систему, что проявляется повышением агрессии, ухудшением сна и другими симптомами. У молодых животных замедляется рост. Также действие ЭМИ отражается на обмене веществ животных, на репродуктивной функции.

Механизм воздействия на организм человека

Электромагнитный смог постоянно окружает человека и оказывает мощное воздействие на здоровье. Механизм этого воздействия связан с разными факторами. Основным из них считается изменение свойств воды, которая является основой живой клетки. Это вызывает нарушения на клеточном уровне, которые могут иметь угрожающие здоровью последствия. Также зоне действие электротехнических приборов происходит нагрев тканей организма.

Результат длительного действия ЭМИ выражается в нарушениях со стороны большинства систем организма.

Влияние на нервную систему

Нервная система человека – самая уязвимая к электромагнитному излучению часть организма. В результате действия поля на клетки нарушается проницаемость ее мембраны для ионов кальция. Это приводит к тому, что в работе нервной системы возникают сбои со следующими клиническими проявлениями:

Влияние на иммунную систему

Электромагнитное загрязнение является фактором, который негативно отражается на иммунной системе. Установлено, что регулярное воздействие ЭМИ вызывает общее ослабление иммунитета. Кроме того, может развиваться аутоиммунитет, что создает серьезную угрозу для здоровья.

Влияние на эндокринную систему

Воздействие ЭМИ на эндокринную систему приводит к повышению интенсивности выработки адреналина, и кортизола. Эти вещества относятся к гормонам стресса. Поэтому их выброс в организм может приводить к серьезным сбоям с такими проявлениями:

Другие возможные реакции

Электросмог вызывает нарушения и во многих других системах организма. Примером может служить действие на сердечно-сосудистую систему, связанное с ухудшением проводимости миокарда, нарушениями сердечного ритма и другими сбоями, каким необходимо уделять серьезное внимание в связи с опасностью для жизни.

Также демонстрирует уязвимость половая система. У женщин это проявляется сбоями в работе яичников. Воздействие электромагнитного загрязнения на мужчин к снижению подвижности сперматозоидов. Еще одним последствием становится проявление генетических нарушений у детей.

Воздействие электромагнитных полей на биологические объекты

Электромагнитные поля оказывают воздействие на насекомых, рыб, животных и человека. Одними из самых чувствительных к воздействию ЭМП являются рыбы. Для них порог чувствительно­сти по внешнему электрическому полю составляет единицы вольт на метр. Воздействие ЭМП на животных (на мышей, крыс, со­бак) изучалось в отношении влияния полей на нервную, иммун­ную и эндокринную системы, нейрогуморальные реакции, поло­вую функцию и на эмбрион. Кроме того, широко проводились клинико-физиологические исследования влияния ЭМП на чело­века. Однако нельзя сказать, что механизмы воздействия ЭМП на человека в настоящее время полностью выяснены. Это объясняет­ся сложностью человеческого организма, с одной стороны, и неод­нозначностью некоторых воздействий ЭМП — с другой. Здесь имеется в виду, что воздействие слабыми токами и магнитными полями низкой частоты используется в лечебных целях. Также хо­рошо известна такая лечебная процедура, как УВЧ, применяемая для прогревания участков тела. Тем не менее, существуют экспе­риментальные факты отрицательного воздействия ЭМП, напри­мер протекание в теле человека токов под воздействием низкоча­стотных полей или выделение в теле человека тепла при воздей­ствии СВЧ. Рассмотрим эти воздействия подробнее.

Известно, что организм человека электрически активен, как, впрочем, у всех млекопитающих и рыб. Его нормальное функцио­нирование связано с протеканием в нервных клетках и в мозгу слабых электрических токов. Последние регистрируются как элек­троэнцефалограммы. Также известно, что протекание через орга­низм сравнительно больших токов может вызывать различные болезненные явления (фибрилляция и остановка сердца, а также спазм дыхательных путей).

При объяснении влияния ЭМП удобнее оперировать не значе­ниями токов, протекающих через организм, а значениями плот­ности тока j. Согласно современным представлениям различают следующие градации плотности тока в организме человека в соот­ветствии с тяжестью их воздействия:

j = 0,1 мкА/см2 — безопасная плотность тока, соизмеримая с плотностью тока, протекающего в организме человека в процессе его нормального функционирования;

1 мкА/см2 — нижний предел плотности тока, вызывающего электро- и магнитофосфены. Длительное воздействие тока с та­кой плотностью может привести к существенным нарушениям раз­вития и поведения;

j = 10… 50 мкА/см2 — порог стимуляции сенсорных рецепторов нервных и мышечных клеток. При протекании тока с такой плот­ностью через мозг вызванный эффект может быть соизмерим с электрическим шоком;

j = 100… 1 000 мкА/см2 — плотность тока, вызывающего фиб­рилляцию сердца.

При нахождении человека^ в переменном электрическом или магнитном поле в его организме индуцируются (наводятся) токи, плотность которых пропорциональна напряженности поля и мо­жет достигать опасных значений. Это и служит объяснением факта отрицательного влияния низкочастотного ЭМП на человека.

Диапазон частот, используемый в технических целях, очень широк. Мы же говорили о неких интегральных эффектах, отне­сенных как бы к краям этого диапазона. Между тем на организм человека воздействует весь диапазон, но в разной степени.

Все промышленно развитые страны мира имеют нормы по до­пустимым значениям воздействующих на человека интенсивно­стей ЭМП. Имеются региональные, национальные и глобальные нормы. Например, в США свои нормы по ЭМП устанавливает каждый штат. Примером глобальных норм являются нормы, реко­мендуемые Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).

Конкретные значения нормируемых параметров зависят от многих причин и являются предметом соглашения для конкретной страны или региона. Так, по вопросу вредного воздействия радиотелефонов ведется борьба между их производителями и спе­циалистами в области радиогигиены. Общая ситуация состоит в том, что фирмы, производящие ту или другую продукцию и за­интересованные в ее сбыте, борются за высокие значения уста­навливаемых ограничительных параметров. На практике эти пара­метры могут приводить к такому уровню воздействий, который специалисты в области радиогигиены считают недопустимым. Ре­зультат борьбы зависит от уровня экономического развития стра­ны, воздействия на фирмы-производителя общественного мне­ния и других подобных причин.

В настоящее время нормы разных стран отличаются друг от друга и от рекомендаций ВОЗ, которые, как правило, являются самы­ми жесткими. Вместе с тем различные нормы содержат практи­чески одни и те же элементы, нормируют одни и те же величины (например, изменение нормируемой напряженности ЭМП от ча­стоты носит один и тот же характер). Следовательно, эти зависи­мости объективно отражают общепринятые к настоящему време­ни взгляды на воздействие ЭМП.

Общим для всех норм является ограничение по напряженно­сти электрического и магнитного полей, причем имеются отдель­ные нормы для напряженности электрического и магнитного по­лей. Другими словами, нормы содержат допустимые значения на­пряженности, превышение которых запрещается.

Нормирование напряженностей ЭМП производится в зависи­мости от частоты. С ростом частоты допустимые значения напря­женности уменьшаются.

Для диапазона СВЧ нормируются плотность мощности, Вт/см2, и энергетические экспозиции для электрических полей (ЭП), (В/м)2•ч, и для магнитных полей (МП), (А/м)2•ч. Поскольку воп­росы взаимодействия внешних и внутренних полей (или токов) мало изучены, предельно допустимые уровни (ПДУ) представле­ны в эффективных (или среднеквадратических) значениях напря­женности падающего поля.

Зарубежные стандарты и международные рекомендации допу­скают существенно более высокие уровни воздействия по сравне­нию с установленными в Российской Федерации. Отечественные нормативы, как известно, базируются на выраженных функцио­нальных сдвигах, требующих напряжения компенсаторных систем организма, другими словами, пограничных между физиологиче­скими и патологическими (порог вредного действия). К сожале­нию, ПДУ ЭМИ РЧ не всегда основываются на четких критери­альных оценках, особенно это касается ПДУ для населения.

По мнению экспертов ВОЗ, сформулированному на основа­нии детального анализа совокупности данных по биологическому действию и клиническим эффектам ЭМИ, ПДУ радиочастотных воздействий должны находиться в диапазоне интенсивностей 100… 10ООО мкВт/см2 с возможным повышением для некоторых частот и условий воздействия и снижением для населения.

Современные представления о механизме воздействия ЭМП промышленной частоты на человека сводятся к тому, что основ­ным механизмом влияния являются токи, возникающие в орга­низме человека, находящегося в ЭМП.

Рассмотрим влияние электрического поля. Пусть человек нахо­дится в однородном поле и имеет хороший контакт с землей. Рас­четные модели для этого случая приведены на рис. 9.4.

Равномерное внешнее поле принято, с одной стороны, для упрощения задачи, а с другой — потому что реальные поля ВЛ и ОРУ у поверхности земли слабо отличаются от равномерных. Раз­личные органы человеческого тела имеют проводимость в преде­лах 0,01…0,7 См/м. Наибольшая проводимость у мозга, крови и сердца, а наименьшая — у костных и жировых тканей. Если ори­ентироваться в приближенных оценках на проводимость около 0,1 См/м, что характерно для мышечных тканей и внутренно­стей, то комплексная проницаемость тела человека будет пример­но на семь порядков больше, чем проницаемость воздуха. Следо­вательно, в расчетах тело человека можно рассматривать как про­водник.

Для вычисления тока, протекающего по телу человека, нахо­дящегося во внешнем электрическом поле, использовались раз­личные расчетные модели (см. рис. 9.4). Впервые проф. П. А. Долин предложил в качестве модели тела человека рассматривать полови­ну вытянутого эллипсоида на проводящей плоскости (рис. 9.4, а).

Выбор такого варианта обусловлен возможностью аналитиче­ского решения. Геометрическое размеры модели (большая и ма­лая полуоси эллипсоида) выбраны исходя из роста человека 1,8 м и массы 80 кг. При средней плотности тканей 1,05 кг/м малая полуось эллипсоида b = 0,14 м, большая полуось а = 1,8 м. Вторая расчетная модель (рис. 9.4, б) представляет собой цилиндр ради­усом 0,12 м и высотой 1,8 м имеющий сферическое скругление. Для нее известны результаты подробных численных расчетов.

Встречаются описания и других моделей, которые использова­лись как в расчетах, так и в экспериментах. В последнем случае модели (или фантомы) воспроизводили достаточно подробно стро­ение человеческого тела. Несмотря на различие форм расчетных моделей их использование приводит к достаточно близким ре­зультатам. Они сводятся к следующему. В электрическом поле на заземленной расчетной модели тела человека индуцируется элек­трический заряд. Так, для показанного на рис. 9.4 направления силовых линий поля (от положительных зарядов к отрицатель­ным) знак индуцированного заряда будет отрицательным. При переменном напряжении низкой частоты картина поля изменяет­ся во времени, оставаясь в каждый момент времени соответству­ющей законам электростатики. Это значит, что индуцированный заряд будет изменяться синусоидально с той частотой, с которой изменяется внешнее поле. Полный заряд (Qполн индуцированный на модели тела человека, можно представить в виде

где E0 — напряженность внешнего однородного поля; h — высота; R3, — эквивалентный радиус; Rф— безразмерный коэффициент, зависящий от формы модели.

Полный ток, стекающий в землю при синусоидально изменя­ющемся поле, определяется по формуле

Выражения (9.2) и (9.3) показывают, что полный заряд и пол­ный ток пропорциональны напряженности внешнего однородно­го поля Eq и характерным размерам модели. Для геометрически подобных моделей коэффициент сохраняет свое значение. От­сюда следует, что для ребенка при уменьшении вдвое величин h и Д, полные заряд и ток при неизменном уменьшатся в 4 раза. В экспериментах с фантомами, выполненным в натуральную ве­личину, установлено, что полный ток, стекающий с человека ростом 1,8 м, находящегося в однородном поле частотой 5 Гц и напряженностью 5 кВ/м, составит 80 мкА.

Средние значения плотности тока внутри тела были установ­лены в экспериментах с фантомами, имеющими такую же прово­димость, как тело человека. В поле напряженностью 10 кВ/м при частоте 60 Гц плотность тока на уровне груди составляла 100… 160 нА/см2, а на уровне талии 350…370 нА/см2.

По разным данным максимальная напряженность на макушке фантома примерно в 20 раз больше напряженности внешнего поля. Из непрерывности тока следует, что в этой точке при напряжен­ности Ео= 1 кВ/м и частоте 50 Гц плотность тока проводимости

На кончике носа максимальная напряженность в 250 раз боль­ше напряженности внешнего поля. Следовательно, плотность тока на кончике носа составит примерно 70 нА/см2, а при увеличении напряженности внешнего поля до 20 кВ/м она будет равна 1,4 мкА/см2.

Сравним приведенные цифры с пороговыми значениями. Сред­нее значение плотности тока на уровне груди составляет при час­тоте 50 Гц около 100 нА/см2. За счет того, что проводимость крови и кровеносных сосудов больше проводимости мышечной ткани, плотность тока в кровеносных сосудах и в сердце увеличится по сравнению со средней плотностью. По разным оценкам это увели­чение может составлять от 3 до 5 раз. Следовательно, при напря­женности внешнего поля 10 кВ/м плотность тока, протекающего через сердце, может достигать 0,3…0,5 мкА/см2, что приближает­ся к нижнему пределу плотности тока (1 мкА/см2), при которой могут возникать отрицательные последствия.

Рассмотрим влияние магнитного поля. При синусоидальном из­менении индукции с частотой w:

Максимальная плотность тока для случая, когда имеется про­водящий цилиндр, а вектор индукции магнитного поля направ­лен по оси цилиндра, может быть рассчитана с помощью соотно­шения

где г — радиус цилиндра.

Это же выражение справедливо и для сферы.

При индукции 100 мкТ средняя плотность тока для головы (r = 0,1 м, б = 0,1 См/м) будет равна 0,015 мкА/см2. Из-за различия проводимостей тканей организма максимальная плотность тока может увеличиться примерно в 3 раза и составить около 0,05 мкА/см2. Ориентация вектора индукции магнитного поля у поверхности земли (в отличие от вектора напряженности электрического поля) может быть произвольной. Это влечет за собой увеличение сред­них плотностей тока при горизонтальной ориентации вектора магнитной индукции В.

В работе французских исследователей проводились расчеты плот­ности наведенных магнитным полем вихревых токов с учетом раз­личий в проводимости разных органов и при достаточно полном описании анатомического строения тела. Согласно их данным в магнитном поле с индукцией 100 мкТ и частотой 50 Гц макси­мальная плотность тока в теле человека достигает около 0,2 мкА/см2 при среднем значении 0,015 мкА/см2.

Таким образом, переменное магнитное поле, также как и элек­трическое, индуцирует в организме переменные токи, плотность которых пропорциональна напряженности внешнего поля. Разли­чие между влиянием магнитного и электрического полей состоит в том, что пути протекания индуцированных токов в организме различны. При влиянии электрического поля ток протекает вдоль тела и его заметная часть протекает через сердце и кровеносную систему. Под влиянием магнитных полей максимальная плотность тока сосредоточена в основном в периферийных областях. Не ис­ключено, что именно различия в распределении плотности тока в этих двух случаях могут приводить к разным эффектам.

Способы защиты от электромагнитных волн

Полностью оградить себя и окружающую среду от электрических устройств и оборудования, создающего электромагнитное загрязнение, невозможно. Однако существуют меры по снижению вредного воздействия, которые можно применять в бытовой сфере:

Источник