Электромагнитное поле

На се­го­дняш­ний день тер­мин элек­тро­маг­нит­ное поле часто на слуху. Мы можем слы­шать о нем, когда речь идет об из­лу­че­нии мно­же­ства бы­то­вых при­бо­ров.

На­при­мер: те­ле­ви­зор, мо­биль­ный те­ле­фон, ком­пью­тер или дру­гие устрой­ства (рис. 1).

Га­д­же­ты

Рис. 1. Га­д­же­ты

Кроме этого в сред­ствах мас­со­вой ин­фор­ма­ции зву­чат при­зы­вы об ис­поль­зо­ва­нии по­лез­ных свойств этого поля или, на­о­бо­рот, предо­сте­ре­же­ния о его па­губ­ном вли­я­нии на ор­га­низм че­ло­ве­ка. Но мы долж­ны осо­зна­вать, что че­ло­ве­че­ский ор­га­низм на­хо­дит­ся под воз­дей­стви­ем элек­тро­маг­нит­но­го поля прак­ти­че­ски в любой точке зем­но­го шара.

 Электромагнитная индукция

Вспом­ним такое фи­зи­че­ское яв­ле­ние, как элек­тро­маг­нит­ная ин­дук­ция. Из­ме­не­ние маг­нит­но­го поля при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию тока ин­дук­ции в за­мкну­том про­вод­ни­ке.

Од­на­ко вспом­ним из курса 8 клас­са, что усло­ви­ем воз­ник­но­ве­ния элек­три­че­ско­го тока яв­ля­ет­ся на­ли­чие элек­три­че­ско­го поля.

Таким об­ра­зом, по­лу­ча­ет­ся, что из­ме­не­ние маг­нит­но­го поля долж­но при­во­дить к воз­ник­но­ве­нию элек­три­че­ско­го поля, след­стви­ем чего будет яв­лять­ся воз­ник­но­ве­ние тока ин­дук­ции.

 Вопросы о свойствах электрического поля

Во­про­сы о свой­ствах элек­три­че­ско­го поля:

От­ли­ча­ет­ся ли элек­три­че­ское поле, об­ра­зо­ван­ное вслед­ствие из­ме­не­ния маг­нит­но­го, от поля, со­здан­но­го непо­движ­ны­ми элек­три­че­ски­ми за­ря­да­ми?

Воз­ни­ка­ет ли элек­три­че­ское поле толь­ко в про­вод­ни­ке или су­ще­ству­ет и в про­стран­стве около него?

Может ли су­ще­ство­вать такое элек­три­че­ское поле в про­стран­стве вне за­ви­си­мо­сти от на­ли­чия про­вод­ни­ка?

От­ве­ты уда­лось по­лу­чить ан­глий­ско­му уче­но­му Джейм­су Клер­ку Макс­вел­лу, ко­то­рый в 1865 году со­здал тео­рию элек­тро­маг­нит­но­го поля.

 Основные положения теории Максвелла

Вся­кое из­ме­не­ние маг­нит­но­го поля по­рож­да­ет пе­ре­мен­ное элек­три­че­ское, а вся­кое из­ме­не­ние элек­три­че­ско­го поля по­рож­да­ет пе­ре­мен­ное маг­нит­ное.

Таким об­ра­зом, по­рож­да­ю­щие друг друга пе­ре­мен­ные маг­нит­ное и элек­три­че­ское поля об­ра­зу­ют еди­ное элек­тро­маг­нит­ное поле.

Ин­те­ре­сен тот факт, что пе­ре­мен­ное элек­три­че­ское поле по сво­е­му изоб­ра­же­нию не по­хо­же на элек­тро­ста­ти­че­ское поле непо­движ­ных за­ря­дов. Пе­ре­мен­ное элек­три­че­ское поле на­зва­ли вих­ре­вым элек­три­че­ским полем.

 Свойства вихревого электрического поля

Такое на­зва­ние свя­зан­но с тем, что си­ло­вые линии этого поля за­мкну­ты, как и маг­нит­ные, что де­ла­ет их по­хо­жи­ми на вихрь (рис. 2).

Вих­ре­вое элек­три­че­ское поле

Рис. 2. Вих­ре­вое элек­три­че­ское поле

Вспом­ним, что си­ло­вые линии элек­три­че­ско­го поля на­чи­на­ют­ся на по­ло­жи­тель­ном за­ря­де и за­кан­чи­ва­ют­ся на от­ри­ца­тель­ном. Также они могли ухо­дить и вхо­дить на бес­ко­неч­ность (рис. 3).

Элек­тро­ста­ти­че­ское поле

Рис. 3. Элек­тро­ста­ти­че­ское поле

Со­глас­но тео­рии Макс­вел­ла, вих­ре­вое элек­три­че­ское поле воз­ни­ка­ет в про­стран­стве при из­ме­не­нии маг­нит­но­го поля вне за­ви­си­мо­сти от на­ли­чия про­вод­ни­ка (рис. 4).

Воз­ник­но­ве­ние вих­ре­во­го поля

Рис. 4. Воз­ник­но­ве­ние вих­ре­во­го поля

По сути дела воз­ник­но­ве­ние пе­ре­мен­но­го элек­три­че­ско­го поля яв­ля­ет­ся пер­вич­ным ре­зуль­та­том из­ме­не­ния маг­нит­но­го поля. А уже на­блю­де­ние тока ин­дук­ции яв­ля­ет­ся след­стви­ем этих про­цес­сов.

Таким об­ра­зом, можно от­ме­тить, что про­вод­ник с под­клю­чен­ной лам­поч­кой и галь­ва­но­мет­ром яв­ля­ют­ся ин­ди­ка­то­ра­ми яв­ле­ния элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции.

Свой­ства вих­ре­во­го элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля:

гра­фи­че­ское изоб­ра­же­ние вих­ре­во­го элек­три­че­ско­го поля вы­гля­дит как за­мкну­тые си­ло­вые линии, когда линии элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля не за­мкну­ты;

элек­три­че­ское поле су­ще­ству­ет вне за­ви­си­мо­сти от на­ли­чия про­вод­ни­ка;

при из­ме­не­нии элек­три­че­ско­го поля в окру­жа­ю­щем про­стран­стве воз­ни­ка­ет маг­нит­ное поле.

 Заключение

Мы вы­яс­ни­ли ре­зуль­та­ты тео­рии элек­тро­маг­нит­но­го поля, по­лу­чен­ные Макс­вел­лом, и разо­бра­ли про­цесс об­ра­зо­ва­ния вих­ре­во­го элек­три­че­ско­го поля.

 Влияние электромагнитного поля на организм человека

На се­го­дняш­ний день про­бле­ма вли­я­ния элек­тро­маг­нит­ных полей на живые ор­га­низ­мы (и на че­ло­ве­ка в част­но­сти) стоит очень остро. Су­ще­ству­ет до­ста­точ­ное ко­ли­че­ство ста­тей, в ко­то­рых элек­тро­маг­нит­ные волны то от­кро­вен­но ру­га­ют, то го­во­рят об их по­лез­ных свой­ствах, то го­во­рят, что они во­об­ще никак не вли­я­ют на че­ло­ве­ка.

Од­на­ко уже до­ка­за­но, что есть элек­тро­маг­нит­ные поля, па­ра­мет­ры ко­то­рых вре­до­нос­ны для ор­га­низ­ма че­ло­ве­ка. С дру­гой сто­ро­ны также су­ще­ству­ют элек­тро­маг­нит­ные поля, па­ра­мет­ры ко­то­рых ис­поль­зу­ют­ся во благо че­ло­ве­ка. На­при­мер, ме­то­ды элек­тро­маг­нит­но­го ис­сле­до­ва­ния и неко­то­рые ме­то­ды ле­че­ния.

Ис­точ­ни­ки элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния:

элек­тро­транс­порт (трам­вай или трол­лей­бус);

линии элек­тро­пе­ре­дач, элек­тро­про­вод­ка;

мо­биль­ные те­ле­фо­ны, ком­пью­те­ры и про­чие бы­то­вые элек­тро­при­бо­ры.

 Влияние электромагнитного поля на электроприборы

Кроме того, что все элек­тро­при­бо­ры яв­ля­ют­ся из­лу­ча­те­ля­ми элек­тро­маг­нит­но­го поля, внеш­нее элек­тро­маг­нит­ное поле может по­вли­ять на ста­биль­ность их ра­бо­ты.

На­при­мер: вспыш­ки на Солн­це, ко­то­рые могут при­ве­сти к маг­нит­ным бурям на по­верх­но­сти Земли (рис. 5).

Вспыш­ки на Солн­це

Рис. 5. Вспыш­ки на Солн­це

Ре­зуль­та­том про­те­ка­ния ядер­ных ре­ак­ций на нашем све­ти­ле яв­ля­ет­ся из­лу­че­ние мощ­но­го элек­тро­маг­нит­но­го поля. На неко­то­рых эта­пах про­те­ка­ния таких ре­ак­ций про­ис­хо­дят ко­лос­саль­ные вы­де­ле­ния энер­гии, ко­то­рые со­про­вож­да­ют­ся сол­неч­ны­ми вспыш­ка­ми (мощ­ней­шим элек­тро­маг­нит­ным из­лу­че­ни­ем). Наша Земля за­щи­ще­на маг­нит­ным полем от па­губ­но­го воз­дей­ствия по­то­ка вы­со­ко­энер­ге­ти­че­ских за­ря­жен­ных ча­стиц, вы­бра­сы­ва­е­мых Солн­цем во время вспы­шек. Од­на­ко в слу­ча­ях ин­тен­сив­но­го из­лу­че­ния оно не спо­соб­но пол­но­стью изо­ли­ро­вать нас от него.

Как ока­за­лось, на элек­тро­при­бо­ры, элек­три­че­ские сети и т. д. элек­тро­маг­нит­ное поле также может ока­зы­вать па­губ­ное воз­дей­ствие. В ре­зуль­та­те они могут вы­хо­дить из строя либо неста­биль­но ра­бо­тать. Обыч­но ре­ко­мен­ду­ют огра­ни­чить экс­плу­а­та­цию при­бо­ров во­вре­мя сол­неч­ной ак­тив­но­сти.

По­след­стви­ем по­то­ка за­ря­жен­ных ча­стиц, вы­бра­сы­ва­е­мых Солн­цем в про­стран­ство, яв­ля­ют­ся кра­си­вей­шие ат­мо­сфер­ные яв­ле­ния в по­ляр­ных угол­ках нашей пла­не­ты, се­вер­ное си­я­ние (рис. 6).

Се­вер­ное си­я­ние

Рис. 6. Се­вер­ное си­я­ние

Связь про­яв­ле­ния элек­тро­маг­нит­но­го поля с рас­смат­ри­ва­е­мой си­сте­мой от­сче­та

Если за­ду­мать­ся об усло­вии воз­ник­но­ве­ния элек­тро­маг­нит­но­го поля, ко­то­рое гла­сит, что оно воз­ни­ка­ет около дви­жу­щих­ся за­ря­дов, воз­ни­ка­ет во­прос.

Дело в том, что ско­рость дви­же­ния и само дви­же­ние в целом яв­ля­ют­ся по­ня­ти­я­ми от­но­си­тель­ны­ми. Сле­до­ва­тель­но:

для од­но­го на­блю­да­те­ля, от­но­си­тель­но ко­то­ро­го заряд дви­жет­ся с неко­то­рой ско­ро­стью, будет на­блю­дать­ся воз­ник­но­ве­ние маг­нит­но­го и элек­три­че­ско­го полей (рис. 7).

Ил­лю­стра­ция к при­ме­ру 1

Рис. 7. Ил­лю­стра­ция к при­ме­ру 1

для дру­го­го же на­блю­да­те­ля, ко­то­рый дви­жет­ся вме­сте с за­ря­дом (т. е. по­ко­ит­ся от­но­си­тель­но него), маг­нит­ное поле на­блю­дать­ся не будет. Зато будет воз­ни­кать элек­тро­ста­ти­че­ское поле (рис. 8).

 Ил­лю­стра­ция к при­ме­ру 2

Рис. 8. Ил­лю­стра­ция к при­ме­ру 2

На дан­ный мо­мент клас­си­че­ская и кван­то­вая элек­тро­ди­на­ми­ка ни­ка­ких про­ти­во­ре­чий в этом не видит.

Вве­дем клас­си­фи­ка­цию об­ра­зо­ва­ния полей в за­ви­си­мо­сти от того, как дви­жет­ся заряд от­но­си­тель­но на­блю­да­те­ля:

заряд не дви­жет­ся (по­ко­ит­ся) –> по­рож­да­ет­ся элек­тро­ста­ти­че­ское поле;

заряд дви­жет­ся рав­но­мер­но пря­мо­ли­ней­но –> воз­ник­но­ве­ние элек­три­че­ско­го и маг­нит­но­го полей;

заряд дви­жет­ся с уско­ре­ни­ем –> об­ра­зу­ет­ся элек­тро­маг­нит­ное поле.

Последнее изменение: Пятница, 1 Июнь 2018, 18:51