1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе

Электромагнитное поле имеет двойственную физическую природу. Это два взаимосвязанных поля – электрическое и магнитное. Только в особых случаях их можно разделить, но это будут лишь частные варианты одного и того же электромагнитного поля.

Понятие электромагнитного поля и его отдельных проявлений. Материальность электромагнитного поля.

Электромагнитное поле– это особая форма материи, посредством которой происходит взаимодействие между заряженными частицами. Это взаимосвязанное переменное электрическое поле и магнитное поле. Взаимное отношение между электрическим полем E и магнитным полем H заключается в том, что любое изменение одного из них приводит к изменению другого: переменное электрическое поле, создаваемое ускоряющимися зарядами (источник), возбуждает переменное магнитное поле в соседних областях пространства, которое, в свою очередь, возбуждает переменное электрическое поле в соседних областях пространства.

Электрическое поле – это особая форма электромагнитного поля. В своем проявлении это силовое поле, основным свойством которого является способность действовать на введенный в него электрический заряд с силой, не зависящей от скорости этого заряда. Источниками электрического поля могут быть электрические заряды (движущиеся и неподвижные) и изменяющиеся во времени магнитные поля.

Магнитное поле – это особая форма электромагнитного поля. В своем проявлении это силовое поле, основным свойством которого является способность воздействовать на движущиеся электрические заряды (включая проводники тока) и магнитные тела независимо от их состояния движения. Источниками магнитного поля могут быть движущиеся электрические заряды (проводники с током), намагниченные тела и изменяющиеся во времени электрические поля.

Источники радиочастотного электромагнитного излучения (ЭМИ РЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) – это технические средства и изделия, которые предназначены для использования в различных областях человеческой деятельности и которые основаны на физических свойствах этих излучений: распространении в пространстве и отражении, нагреве материалов, взаимодействии с веществами.

Электромагнитное поле имеет двойственную физическую природу. Это два взаимосвязанных поля – электрическое и магнитное. Только в особых случаях их можно разделить, но это будут лишь отдельные варианты одного и того же электромагнитного поля.

Материальность электромагнитного поля проявляется физически в том, что она оказывает силу на частицы, которые имеют электрический заряд, электрический или магнитный импульс, и что она обладает энергией, массой и импульсом. Благодаря этим свойствам электромагнитное поле проявляет себя как реальная форма материи, а не теоретическая модель, оторванная от реальности.

Напряженность электрического поля – это векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный образцовый заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда.

Электрический заряд. Электрическое поле

– Определение изменения силы взаимодействия между электрическими зарядами.

Тип учебной деятельности

класс

Изучение нового материала.

Тип обучения

урок

Междисциплинарные связи

Оборудование,

оборудование

Учебник, компьютер, проектор, экран, интерактивная доска

Структура урока.

Формирование новых концепций и способов ведения дел.

Формирование навыков и умений.

1) Организационное время.

Подсчет отсутствующих учеников, объявление темы и постановка целей урока. 2.

2. обновление знаний.

Что такое электротехника?

Каковы возможные способы соединения элементов электрической цепи?

Нарисуйте смешанное соединение конденсаторов.

Напишите формулы для расчета общей емкости конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно.

3. 3. Формировать новые концепции и способы деятельности.

Электрическое поле – это компонент электромагнитного поля, особый вид материи, существующий вокруг электрически заряженных тел или частиц, а также в свободной форме при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле не видно непосредственно, но его можно наблюдать по его сильному воздействию на заряженные тела. Электрическое поле является материальным.

ДДля того чтобы количественно оценить электрическое поле, вводится характеристика силы – напряженность электрического поля. Напряженность электрического поля..

Напряженность электрического поля – это векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный заряд зонда, помещенного в данную точку пространства, к величине этого заряда.

Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный заряд образца.

Закон Кулона – Закон Кулона относится к взаимодействию точечных зарядов.

Он был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г. После большого количества экспериментов с металлическими шариками Шарль Кулон сформулировал этот закон:

Сила взаимодействия между двумя точечными заряженными телами в вакууме направлена вдоль линии, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними[1].

Следует отметить, что для того, чтобы закон был правильным, необходимо, чтобы:

Пунктуальность зарядов – то есть расстояние между заряженными телами намного больше их размеров – но позволяет доказать, что сила взаимодействия двух объемно распределенных зарядов со сферически симметричными непересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, расположенных в сферически симметричных центрах

их неподвижность. В противном случае в игру вступают дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд;

взаимодействие в вакууме.

Однако, с некоторыми поправками, этот закон справедлив и для взаимодействия зарядов в среде и для движущихся зарядов.

В векторной форме, сформулированной Кулоном, этот закон записывается следующим образом:

где F – это сила, с которой заряд 1 действует на заряд 2;

q₁, q₂ – это величина заряда;

r – радиус-вектор (вектор, направленный от груза 1 к грузу 2 и равный, по модулю, расстоянию между зарядами -… r₁₂);

k – форм-фактор.

Таким образом, этот закон показывает, что одинаковые заряды отталкиваются друг от друга (и одинаковые заряды притягиваются).

Коэффициент = 8,9875517873681764×10 9 Н-м²/Кл² (или F -1 -м) и записывается следующим образом:

ε ₀ = 8,854187817 – 10 -12 Ф/м – диэлектрическая проницаемость, физическая константа, скалярная величина, определяющая напряженность электрического поля в вакууме;

ε – относительная проницаемость среды,

относительная проницаемость Среда ε – это безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Он связан с эффектом поляризации диэлектриков под воздействием электрического поля (и с диэлектрической восприимчивостью среды, характеризующей этот эффект).

Она показывает, во сколько раз растворимость уменьшает силу электростатического взаимодействия между молекулами растворенного вещества по сравнению с их взаимодействием в вакууме. Относительная проницаемость воздуха и большинства других газов при нормальных условиях близка к единице (из-за их низкой плотности). Для большинства твердых или жидких диэлектриков относительная проницаемость колеблется от 2 до 8 (для статического поля). Диэлектрическая проницаемость воды в статическом поле довольно высока – около 80. Ее значения высоки для веществ, молекулы которых обладают большим электрическим диполем. Относительная проницаемость сегнетоэлектриков составляет десятки или сотни тысяч.

напряжение (разность потенциалов, падение потенциала) между точками A и B – отношение работы электрического поля к переносу образцового электрического заряда из точки A указывать B на падающий заряд.

Альтернативное определение (для электростатического поля) –

– Интеграл проекции поля (напряженности поля ) по расстоянию между A и B по любой траектории из точки A указывать B.

Единицей измерения напряжения в СИ является вольт.

Напряжение представляет собой работу, которую совершает электрическое поле, когда единичный положительный заряд перемещается из одной точки в другую.

Когда вещество помещается в электрическое поле, под действием сил электрического поля возникает направленное движение носителей заряда (электронов, ионов) – электрический ток. Это свойство называется электропроводность вещества. Степень электропроводности вещества измеряется удельной электропроводностью материала.

Все вещества делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. Когда диэлектрик вводится в электрическое поле, он становится поляризованным, что ослабляет основное поле.

Диэлектрическая проницаемость ε говорит нам о том, во сколько раз основное поле ослаблено из-за поляризации.

Напряженность поля, при которой происходит пробой диэлектрика, называется диэлектрической проницаемостью Е _pr а напряжение пробоя – это напряжение пробоя U где d – толщина пластины.

Текущий (часто просто “ток”) в проводнике – это скалярная величина, численно равная заряду, протекающему в единицу времени через поперечное сечение проводника. Он обозначается буквой I (в некоторых курсах J . Не путать с векторной плотностью тока j ):

Единицей измерения СИ является 1 ампер (A) = 1 кулон/секунду.

Амперметр (также называемый миллиамперметром, микроамперметром или гальванометром для приборов, измеряющих малые токи) используется для измерения тока. Он подключается к цепи, в которой вы хотите измерить ток. Основными методами измерения тока являются магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путем измерения напряжения через известное сопротивление с помощью вольтметра).

В случае переменного тока различают мгновенный ток, амплитудный (пиковый) ток и среднеквадратичный ток (равный постоянному току той же мощности).

Явление направленного движения носителей заряда, сопровождаемое магнитным полем, называется полным электрическим током.

Общий электрический ток обычно делится на следующие основные виды: ток проводимости, ток передачи и реактивный ток.

Кондукционный электрический ток – это явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или вакууме.

Электрический ток, вызванный направленным упорядоченным движением электронов, возникает в проводниках первого рода (металлах), электронных и полупроводниковых приборах. В проводниках второго рода – электролитах (водных растворах солей, кислот и оснований) электрический ток вызывается движением положительных и отрицательных ионов, которые упорядоченно перемещаются под действием приложенного поля.

Электрический ток – это явление переноса электрического заряда заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом протекания электрического тока является движение в пустом пространстве заряженных элементарных частиц (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в разрядных устройствах.

Электрический ток (ток поляризации) – это упорядоченное движение связанных носителей электрического заряда. Этот тип тока можно наблюдать в диэлектриках.

4. Формирование навыков и умений.

1. Напишите формулу для закона Кулона.

2. Что можно определить с помощью закона Кулона?

3. Каковы формы проявления электромагнитного поля?

4. В каком случае электрическое поле называется электростатическим полем?

5. Что произойдет с силой взаимодействия между двумя зарядами, если их перенести из воздуха в воду?

6. Что произойдет с силой взаимодействия между двумя зарядами, если расстояние между ними увеличить в пять раз?

7. Размер одного заряда составляет 2⋅10 -5 K, другой – 4⋅10 -4 К. Определите силу взаимодействия между ними, если они помещены в парафин (ε = 2) и находятся на расстоянии 10 см друг от друга.

8. Электрическое поле какого из зарядов показано на рисунке?

9. Определите силу взаимодействия между электрическими зарядами q ₁ = 5⋅10 -4 K и q ₂ = 2⋅10 -5 Cl в дистиллированной воде (ε = 81) на расстоянии 5 см друг от друга.

Выберите правильный ответ:

10. Два заряда на расстоянии 10 см друг от друга помещаются в парафин (ε = 2). Как изменится сила взаимодействия этих зарядов в вакууме? При этом сохраняется взаимное согласие обвиняемых.

(a) увеличится в 2 раза;

(d) уменьшится в 2 раза.

11. Расстояние между электрическими зарядами увеличилось в три раза. Как должны выглядеть величины зарядов q ₁ и q ₂, так, чтобы взаимодействие между ними увеличилось в девять раз?

a) увеличиться в три раза;

б) уменьшиться в три раза;

c) увеличиться в девять раз.

12. Электрическое поле какого из зарядов показано на рисунке?

5 Подведение итогов урока.

Проверка заданий, выставление оценок, рассказ о домашнем задании.

6. домашнее задание.

Подготовьте доклад по следующим темам:

Стационарное электрическое поле в проводнике.

Электрический ток в проводниках: величина и направление тока проводимости, плотность тока проводимости.

Электропроводность и сопротивление. Электропроводность и сопротивление.

Электрический заряд обозначается буквой q. Единицей электрического заряда в СИ является 1 кулон, названный в честь французского ученого Шарля Кулона: [q] = 1 Кулон.

Электрический заряд и электромагнитное поле

Когда тела трутся друг о друга, они создают электрические заряды. В этом случае говорят, что тело наэлектризован…приобрел… электрический зарядили потерял электрический заряд.

Электрическое взаимодействие между наэлектризованными телами, в зависимости от знака их зарядов, может носить характер притяжения или отталкивания:

• – тела с зарядами одинакового знака отталкиваются друг от друга;
• – Тела с зарядами противоположных знаков притягиваются друг к другу.

В природе существует два типа зарядов: положительные электрические заряды (+) и отрицательные электрические заряды (-). Заряды одного знака отталкиваются друг от друга, а заряды разных знаков притягиваются друг к другу. Тела, не имеющие избыточного электрического заряда, называются электрически нейтральными или незаряженными телами.

Электрический заряд обозначается буквой q. Единицей электрического заряда в СИ является 1 кулон, названный в честь французского ученого Шарля Кулона: [q] = 1 Кулон.

Электростатическое поле – это тип материи, создаваемый неподвижными электрическими зарядами.

Напряженность электрического поля – это характерная сила этого поля. Будучи векторной величиной, напряженность электрического поля направлена так же, как и электрическая сила, действующая на положительный заряд.

Вещества, которые сохраняют свои магнитные свойства в течение длительного времени, называются постоянными магнитами. постоянные магниты или просто с магнитами. Каждый магнит имеет два полюса: северный (N) и южный (S). Полюса магнита отталкиваются друг от друга, полюса магнита притягиваются друг к другу.

Магнитное поле – это тип материи, который создается движущимися зарядами.

Индукция магнитного поля (или плотность магнитного потока) – это силовая характеристика поля. Направление вектора магнитной индукции в данной точке магнитного поля совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки, помещенной в эту точку поля.

Кстати:

Было обнаружено, что пчела имеет положительный заряд во время полета. А цветы имеют отрицательный заряд. Поэтому, когда пчела садится на цветок, его пыльца прилипает к пчеле. Самое интересное, что когда пчела вступает в контакт с цветком, электромагнитное поле растения меняется. Эти изменения как будто сигнализируют другим пчелам, находящимся в воздухе: “На этом цветке нет пыльцы!”.

Электрический заряд

Электрический заряд – это свойство тел и частиц образовывать вокруг себя электромагнитный ноль. В качестве количественной меры этого свойства тел принимается также электрический заряд.

Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным взаимодействием. Например, когда говорят, что протон имеет положительный заряд, а электрон – отрицательный, можно с уверенностью сказать, что между ними существует электромагнитное взаимодействие. Между незаряженными (электрически нейтральными) частицами не существует электромагнитного взаимодействия. Поэтому сказано: Электрический заряд определяет интенсивность электромагнитного взаимодействия.

Электрический заряд обладает следующими свойствами:

1. Электрический заряд является дискретным (не непрерывным, делимым) – Электрический заряд любого тела кратен некоторому целому числу элементарных зарядов:

Здесь N – количество электронов, полученных или потерянных организмом.

Абсолютное значение наименьшего электрического заряда в природе называется элементарный заряд. Элементарный заряд обозначается буквой e; его численное значение равно абсолютному значению заряда электрона или протона:

Помимо электрона и протона, в природе существует еще несколько типов элементарных частиц. Однако только электроны и протоны могут существовать в свободном состоянии неограниченно долго. Время жизни других заряженных частиц очень мало – миллионные доли секунды. Они образуются при столкновениях быстрых элементарных частиц и превращаются в другие частицы через доли секунды.

Дискретность заряда позволяет равномерно распределить его по поверхности проводника. Предположим, что заряд равномерно распределен по поверхности с полем S.

Величина, численно равная электрическому заряду на единицу площади, называется плотность поверхностного заряда ():

Единицей СИ плотности поверхностного заряда является 2:

2. закон сохранения выполняется для электрического заряда – алгебраическая сумма электрических зарядов частиц (или тел) замкнутой системы остается неизменной:

(3) Электрический заряд является аддитивной величиной – электрический заряд системы равен алгебраической сумме электрических зарядов частиц (или тел) этой системы.

(4) Электрический заряд является инвариантной величиной – электрический заряд частиц (или тел) одинаков во всех инерциальных системах отсчета.

Электромагнитное поле

Раздел физики, занимающийся изучением электрических и магнитных явлений, возникающих при движении и взаимодействии электрических зарядов, называется электродинамикой.

Электродинамика – это отрасль физики, изучающая законы взаимодействия электрических зарядов через электромагнитное поле.

Электромагнитное поле – это форма материи, которая взаимодействует между электрически заряженными частицами и телами.

Электрические и магнитные поля – это особые формы проявления электромагнитного поля. Поэтому состояние электромагнитного поля в любой точке пространства и в любой момент времени характеризуется двумя величинами – напряженностью электрического поля и индукция магнитного поля Эти величины являются силовыми характеристиками электромагнитного поля и определяют силу, с которой оно действует на заряженные частицы. Под “определением характеристик напряженности поля” подразумевается определение сил, действующих на пробный заряд (положительный точечный заряд), внесенный в поле. Обратите внимание, что воздействие электромагнитного поля на заряд может меняться в зависимости от того, находится ли заряд в покое или в движении.

Сила, с которой электромагнитное поле действует на заряд, находящийся в покое в данной инерциальной системе отсчета, называется электрической силой. Электрическая сила всегда прямо пропорциональна количеству заряда, помещенного в данную точку поля:

На электрический заряд, движущийся в данной инерциальной системе отсчета, в электромагнитном поле действует, помимо электрической силы, сила, называемая магнитной. Магнитная сила прямо пропорциональна как величине движущегося заряда, так и проекции скорости заряда на перпендикуляр вектора магнитной индукции:

Поэтому на электрический заряд, движущийся в электромагнитном поле, действует результирующая сила, равная сумме электрической и магнитной сил. Эта сила называется обобщенная сила Лоренца.:

Напряженность электростатического поля

Поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим полем.

Напряженность электрического поля – это векторная физическая величина, равная отношению электрической силы, с которой поле действует на положительный образцовый заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

Единица измерения напряженности электрического поля в СИ:

Электрическая сила равна произведению напряженности электрического поля на величину заряда, помещенного в это поле:

Закон Кулона: Сила взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Учитывая кулоновскую силу в формуле напряженности, выясним, от каких величин зависит напряженность электрического поля.

Модуль напряженности электрического поля, создаваемого точечным зарядом в данной точке прямо пропорциональна величине этого заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния до этой точки:

Одной из задач электродинамики является определение силовых характеристик электростатического поля, создаваемого данным электрическим зарядом. Одним из особых состояний электромагнитного поля является электростатическое поле, создаваемое неподвижным зарядом.

Электрическое поле – электромагнитное поле, в котором относительно заданной системы отсчета. Электрическое поле, создаваемое электрическими зарядами, находящимися в состоянии покоя относительно данной системы отсчета, называется электростатическим полем. В дальнейшем, для простоты, при упоминании поля как электрического поля, мы будем считать, что это поле электростатическое поле.

Электрическое поле может быть однородным или неоднородным.

Однородное электрическое поле – это такое поле, в котором в каждой точке числовое значение и направление напряженности электрического поля одинаковы. В противном случае поле будет неоднородным.

Например, поле между двумя параллельными пластинами, одна из которых имеет положительный, а другая – аналогичный по модулю отрицательный заряд, является однородным (а)а электрическое поле, создаваемое точечным зарядом, является неоднородным (b).

Электрическое поле, создаваемое точечным зарядом в вакууме и в среде. Известно, что при внесении пробного заряда в электрическое поле точечного заряда в вакууме между зарядами возникает кулоновское взаимодействие.

Силы взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов, обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними и направлены вдоль линии, соединяющей заряды (с).

Здесь – коэффициент пропорциональности, равный

Из этой константы следует, что два точечных заряда массой 1 К каждый, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой 9-10 9 Н.

Здесь – электрическая постоянная:

Таким образом, из закона Кулона можно определить модуль электрического поля, создаваемого в вакууме зарядом в любой точке на расстоянии от источника поля:

Напряженность в данной точке электрического поля, создаваемого точечным зарядом в вакууме, прямо пропорциональна величине этого заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника поля до этой точки.

Если заряд alt=”Электромагнитное поле – основные понятия, формулы и определения с примерами” /> положительный, то вектор напряженности в любой точке поля направлен радиально от источника поля. (d)а если заряд отрицательный, то вектор напряженности направлен радиально к источнику поля (заряд alt=”Электромагнитное поле – основные понятия, формулы и определения с примерами” />).

Для суперпозиции электрических полей удовлетворяется принцип суперпозиции.

Напряженность результирующего электрического поля в данной точке пространства, создаваемого несколькими электрическими зарядами, равна геометрической сумме напряженностей отдельных полей:

На рисунке показана схема определения напряженности результирующего поля в точке Асозданный двумя точечными зарядами (е).

В среде (внутри однородного диэлектрика) сила кулоновского взаимодействия между зарядами слаба по сравнению с силой их взаимодействия в вакууме на времена:

Здесь – это величина, называемая диэлектрической проницаемостью среды, которая показывает, во сколько раз меньше кулоновская сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде, чем в вакууме при постоянном расстоянии между ними:

Напряженность электрического поля в среде меньше, чем в вакууме на времена:

Таким образом, диэлектрическая проницаемость среды – это также физическая величина, показывающая, во сколько раз напряженность электрического поля, создаваемого электрическим зарядом в данной точке внутри однородного диэлектрика, меньше, чем в вакууме:

Диэлектрическая проницаемость различных сред неодинакова. Например, для дистиллированной воды alt=”Электромагнитное поле – основные термины, формулы и определения с примерами” />=81 (для вакуума alt=”Электромагнитное поле – основные термины, формулы и определения с примерами” />=”Электромагнитное поле – основные термины, формулы и определения с примерами = 1).

Работа однородного электрического поля

Энергетическая характеристика электрического поля называется электрическое напряжение или просто напряжение.

Скалярная величина, показывающая, какую работу совершило электрическое поле при перемещении единичного заряда из одной точки поля в другую, называется электрическим напряжением между этими точками поля:

Единицей измерения напряжения в СИ является вольт:

Механическая работа – это скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, модуля смещения тела и косинуса угла между векторами силы и смещения:

Работа силы тяжести в гравитационном поле Земли:

Работа силы тяжести не зависит от формы траектории движения тела, она зависит от разницы в уровне начального и конечного положения центра тяжести тела.

Силы, работа которых не зависит от формы траектории тела, называются консервативными силами. Таким образом, гравитационная сила является консервативной силой.

Это положение позволяет нам вывести понятие “потенциальной энергии” для системы тел, взаимодействующих под действием гравитационных сил. Таким образом, выражение mgh в последней формуле – потенциальная энергия взаимодействия Земли с телом на высоте h с поверхности Земли:

Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела, взятой с противоположным знаком:

Исследования ученых показали, что Земля имеет отрицательный электрический заряд, а слой ионосферы в ее атмосфере имеет положительный заряд. Слои атмосферы между ними действуют как изолятор.

Работа однородного электрического поля:

Работа в однородном электрическом поле, в котором положительный пробный заряд под действием постоянной электрической силы делает сдвиг между двумя точками поля равна (а):

Здесь – угол между силовой линией поля и вектором смещения заряда.

Поскольку проекция вектора смещения на линию поля равна то работа поля будет равна:

Работа однородного электрического поля по перемещению положительного заряда равна произведению модуля этого заряда на напряженность электрического поля и проекцию его смещения на направление линий поля.

Выражение (1) можно записать следующим образом:

Здесь и – расстояния от отрицательной пластины до точек 1 и 2 соответственно. Вследствие пропорциональности напряженности электрического поля величине пробного заряда, отношение не зависит от размера пробного заряда и траектории его движения. Коэффициент зависит от электрического поля и от начального и конечного положения заряда в поле.

Поскольку работа электрической силы по перемещению пробного заряда из одной точки электрического поля в другую не зависит от формы траектории, электрическая сила является консервативной, а электрическое поле – потенциальным.

Скалярная физическая величина, равная отношению работы электрического поля по переносу электрического заряда из одной точки поля в другую к величине этого заряда называется разность потенциалов между этими точками, или напряжение между ними:

Здесь – разность потенциалов. Подписью 1 и 2 обозначены точки

поля, между которыми движется заряд. Единицей измерения разности потенциалов в СИ является вольт:

Из выражения (3) можно определить работу поля при перемещении заряда между двумя точками поля:

Работа электрического поля при движении заряда между двумя точками равна произведению заряда и разности потенциалов (напряжения) между ними:

Сравнивая (1) и (3), получаем формулу для зависимости между силой и напряжением:

Напряженность электрического поля направлена от точки поля с более высоким потенциалом к точке с более низким потенциалом.

Потенциал электрического поля

Чтобы выразить энергетические характеристики электрического поля в любой точке, необходимо использовать физическую величину, называемую потенциал. Разность потенциалов между любой точкой в электрическом поле и точкой, принятой за нулевой потенциал, называется потенциалом поля в этой точке. Потенциал обычно рассчитывается относительно бесконечности.

Потенциал – это скалярная величина, численно равная работе поля по перемещению единичного положительного заряда в бесконечность при его отталкивании положительным зарядом q:

Потенциал обозначается символом . Единица измерения потенциала в СИ

это вольт:

Потенциальная энергия заряда в электрическом поле. Поскольку электрическое поле является потенциальным полем, теорема о потенциальной энергии может быть применена к замкнутой системе заряд – электрическое поле.

Работа, совершенная в потенциальном поле, равна изменению потенциальной энергии системы, взятой с противоположным знаком:

Здесь и – потенциальные энергии заряда в точках 1 и 2 (b).

Сравнивая выражения (4) и (7), получаем:

Таким образом, величина, определяемая отношением потенциальной энергии заряда образца в данной точке поля к величине заряда, равна потенциалу поля.

Эквипотенциальные поверхности

Поверхность, на которой во всех точках потенциал поля принимает одно и то же значение, называется эквипотенциальный. Для точечного заряда эквипотенциальные сферы – это концентрические сферы, центры которых совпадают с положением заряда (с). Для однородного электрического поля это поверхности, перпендикулярные линии поля (d).

Конденсатор и емкость

Конденсатор – устройство, используемое для хранения электрического заряда. Его название происходит от латинского слова “condensare”, что означает конденсация.

Простейший конденсатор, планарный конденсатор, состоит из двух близко расположенных параллельных металлических пластин с тонким слоем диэлектрика (например, воздуха) между ними. (а). В электрических схемах конденсатор обозначается как .

Пластины конденсатора электрически заряжены зарядами одинаковой величины и противоположных знаков.

Способность конденсатора накапливать электрический заряд характеризуется физической величиной, называемой емкость.

Для разделения, хранения и передачи больших количеств электрических зарядов разных знаков существуют устройства, называемые гальванопластический станок (b).

Быстро вращаясь, диски гальванопластической машины трутся о воздух между ними и электризуются зарядами разных знаков. Пластинчатые заряды снимаются металлическими щетками и собираются в двух воронкообразных банках (1), откуда переносятся на сферические металлические проводники (2). В результате на одном проводнике возникает положительный заряд, а на другом – отрицательный.

Известный сербский ученый Никола Тесла (1856-1943) выдвинул идею о том, что система Земля-атмосфера представляет собой гигантский конденсатор, который является источником дешевой электроэнергии. Согласно этой идее, совпадение частоты слабого электромагнитного излучения, посылаемого в ионосферу Земли, с внутренней частотой заряженных частиц в ионосфере вызовет ее резонанс. Это приведет к тому, что Землю будет окружать очень сильное излучение. В то время достаточно было загнать длинный металлический стержень в любую точку земной поверхности, чтобы постоянно получать бесплатное электричество с неба. Главная проблема заключалась в том, чтобы построить башню для возбуждения ионосферы – резонатор. Американский миллиардер Морган решил профинансировать строительство этой башни на Лонг-Айленде, США. Однако незадолго до завершения он остановил проект и отменил его, чтобы предотвратить возможную экологическую катастрофу.

Известно, что простейшим конденсатором является плоский конденсатор, состоящий из двух параллельных пластин. Характерной особенностью конденсатора является его электрическая емкость.

Емкость конденсатора (C) – это скалярная величина, равная отношению заряда конденсатора к разности потенциалов (напряжению) между его пластинами:

Единицей электрической емкости в СИ является фарад (1F):

1 фарад – это электрическая емкость конденсатора, когда заряд пластин 1Кл создает между ними напряжение 1В:

Фарад – это очень большая емкость, поэтому на практике используются ее дробные единицы (микрофарады, нанофарады, пикофарады и т.д.):

Заряд конденсатора равен модулю заряда одной из пластин конденсатора. Этот заряд прямо пропорционален напряжению на концах источника, подключенного к конденсатору:

Таким образом, емкость является коэффициентом пропорциональности между зарядом и напряжением и не зависит ни от заряда, ни от напряжения. От чего зависит емкость?

Емкость плоского конденсатора зависит от площади поверхности его пластин, расстояния между пластинами и диэлектрической проницаемости между ними:

Здесь S – площадь поверхности одной из пластин конденсатора, d – расстояние между пластинами, alt=”Электромагнитное поле – основные понятия, формулы и определения с примерами” />- диэлектрическая проницаемость вещества между пластинами. Именно диэлектрик между пластинами придает конденсатору способность удерживать заряд в течение длительного времени. Если диэлектриком между пластинами является только воздух ( alt=”Электромагнитное поле – основные понятия, формулы и определения с примерами” />= 1), то такой конденсатор называется воздушным, а его электрическая емкость:

Энергия электрического поля конденсатора

Энергия однородного электрического поля между пластинами плоского заряженного конденсатора задается следующей формулой:

Примечание. Множитель в выражении (5) показывает, что когда пластины конденсатора движутся отдельно, каждая пластина движется в электрическом поле, создаваемом зарядом другой пластины. Напряженность поля на одной пластине в 2 раза меньше напряженности электрического поля между пластинами.

Если мы рассмотрим здесь выражение (2), то получим выражения, отражающие зависимость энергии конденсатора от емкости и заряда конденсатора:

После учета выражения (3) в формулах (6) и (7) можно получить следующие выражения для энергии электрического поля планарного конденсатора:

Распределение энергии электрического поля в пространстве выражается физической величиной, называемой плотностью энергии электрического поля:

Плотность энергии электрического поля – это физическая величина, численно равная энергии электрического поля на единицу объема:

Здесь – это плотность энергии электрического поля, его единица измерения в СИ:

Если рассмотреть уравнение (8) в последнем выражении, то выражение становится очевидным, что плотность энергии электрического поля прямо пропорциональна квадрату напряженности поля:

Примечание. Конденсатор не может служить в качестве батареи, которая накапливает электрическую энергию внутри себя в течение длительного времени (из-за утечки заряда). Однако, в отличие от аккумулятора, он способен мгновенно разряжаться в цепи с низким сопротивлением. Это свойство конденсатора широко используется на практике (например, во вспышках фотоаппаратов и мобильных телефонах).

Подключение конденсаторов

Электрическая цепь может состоять из различных компонентов: источника электроэнергии, потребителей (лампа, электрический звонок, электронагреватель, телевизор и т.д.), выключателя и соединительных проводов. Одна из самых простых схем заключается в последовательном соединении этих элементов.

При последовательном соединении конец каждого проводника соединяется с началом следующего.

При последовательном соединении токи одинаковы в каждой части цепи:

Общее напряжение цепи, соединенной последовательно, равно сумме напряжений отдельных частей цепи:

Общее последовательное сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных частей цепи:

Полное сопротивление цепи, состоящей из n проводников цепи, состоящей из n проводников одинакового сопротивления R, в n в n раз больше сопротивления каждого проводника:

Параллельное соединение – это соединение проводников, при котором концы всех проводников соединены в одной точке (например. в точке А) и концы в другой (например, в точке В).

Напряжения на концах параллельно соединенных проводов одинаковы:

При параллельном соединении ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов в отдельных ветвях цепи:

Обратное значение общего сопротивления проводников, соединенных параллельно, равно сумме обратных значений сопротивления каждого проводника:

Полное сопротивление цепи, состоящей из двух параллельно соединенных проводников, равно:

Соответственно, полное сопротивление участка цепи, состоящего из n количество параллельно соединенных проводников, имеющих одинаковое сопротивление Rменьше, чем сопротивление каждого из них на n времена:

На практике часто случается, что при выходе из строя оборудования конденсаторы с требуемой емкостью и номинальным напряжением недоступны для срочного ремонта. В таких случаях необходимо получить требуемый номинал, используя конденсаторы с разными номиналами. Для этого необходимо знать принципы их сочетания.

Для получения различных значений электрической емкости батареи конденсаторов собираются путем их последовательного или параллельного соединения.

Последовательное подключение конденсаторов

При последовательном соединении конденсаторов отрицательно заряженная пластина первого конденсатора соединяется с положительно заряженной пластиной второго конденсатора и т.д. (с).

Заряды последовательно соединенных конденсаторов равны:

Общее напряжение на концах цепи, состоящей из последовательно соединенных конденсаторов, равно сумме напряжений отдельных конденсаторов:

Обратная величина общей емкости батареи конденсаторов, соединенных последовательно, равна сумме инверсных величин емкостей отдельных конденсаторов:

Общая емкость цепи, состоящей из n последовательно соединенных конденсаторов одинаковой емкости, в n раз меньше емкости одного конденсатора:

Напряжение и энергия последовательно соединенных конденсаторов обратно пропорциональны их электрическим емкостям:

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном соединении положительно заряженные пластины всех конденсаторов соединены в одной точке, а отрицательно заряженные – в другой. (d).

Общий заряд конденсаторов, соединенных параллельно, равен сумме зарядов отдельных конденсаторов:

Напряжения на концах параллельно соединенных конденсаторов одинаковы:

Общая электрическая емкость батареи конденсаторов, соединенных параллельно, равна сумме электрических емкостей отдельных конденсаторов:

Общая электрическая емкость n одинаковых конденсаторов, соединенных параллельно, в n раз больше электрической емкости одного конденсатора:

Электрические заряды и энергии параллельно соединенных конденсаторов прямо пропорциональны их электрическим емкостям:

Движение заряженных частиц в магнитном поле

При равномерном движении по окружности линейная скорость материальной точки численно равна отношению пройденного расстояния к времени, за которое это расстояние было пройдено:

При равномерном движении по окружности модуль центростремительного ускорения материальной точки равен отношению квадрата линейной скорости к радиусу окружности:

Сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу, называется силой Лоренца:

Если заряженная частица входит в магнитное поле в направлении, перпендикулярном линии индукции, сила Лоренца достигает максимума:

Сила Лоренца перпендикулярна векторам и его направление определяется по правилу левой руки.

Правило левой руки для определения направления силы Лоренца

Правило левой руки для определения направления силы ЛоренцаЛевая рука: Левая рука должна быть помещена в магнитное поле таким образом, чтобы вектор магнитной индукции на ладони и четырех указательных пальцах в направлении положительного заряда (противоположном движению отрицательного заряда). Тогда большой палец, согнутый под углом 90°, укажет направление силы Лоренца, действующей на заряд.

Очень красивые природные явления, называемые “aurora borealis”, можно наблюдать вблизи северного и южного полюсов Земли. Аврора Бореалис вызывается влиянием магнитного поля Земли на поток заряженных частиц в атмосфере.

Магнитное поле – это электромагнитное поле, магнитная индукция которого относительно данной системы отсчета ненулевая. напряженность электрического поля которого равна нулю

Сила Лоренца действует на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле:

Так как направление силы Лоренца перпендикулярно скорости частицы то эта сила не совершает никакой работы: По этой причине сила Лоренца не может изменить модуль скорости и импульс частицы, а также ее кинетическую энергию. Он может только изменить направление движения частицы. Согласно второму закону Ньютона, уравнение движения заряженной частицы в инвариантном во времени однородном магнитном поле (в предположении ) имеет вид:

Если частица входит в поле в направлении, перпендикулярном линиям поля на него действует максимальная сила Лоренца (sin 90° = 1):

В этом случае уравнение движения частицы имеет вид

Придание телу центростремительного ускорения (т.к. ), сила Лоренца заставляет частицу вращаться по окружности радиуса R (b):

Уравнение движения частицы преобразуется:

Из выражения (4) можно узнать, от каких величин зависит радиус окружности, на которой вращается частица:

Здесь р и Е_к – импульс и кинетическая энергия частицы, соответственно.

Радиус окружности, описываемой заряженной частицей в однородном магнитном поле, прямо пропорционален модулю ее скорости (импульса) и обратно пропорционален модулю вектора индукции магнитного поля.

Период обращения частицы по окружности зависит от массы частицы, величины заряда и модуля индукции магнитного поля:

Кстати:

Аппарат, используемый для определения массы частицы, называется “масс-спектрограф”. Принцип его работы заключается в следующем: вакуумная камера аппарата помещается в однородное магнитное поле (вектор его индукции направлен перпендикулярно плоскости рисунка). Заряженные частицы сначала ускоряются электрическим полем, а затем, отклоняясь магнитным полем, образуют дугу, оставляя след на фотопластинке. (с). Измеряется радиус кривизны дуги. Таким образом, можно точно рассчитать массу частицы с известным значением заряда.

Влияние магнитного поля на проводник с током

Удобно определить направление вектора индукции магнитного поля, создаваемого электрическим током по правилу правой руки молоткаЕсли направление поступательного движения шкалы совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения держателя шкалы будет соответствовать направлению индукции магнитного поля, создаваемого электрическим током. (1). Направление вектора индукции кругового магнитного поля также определяется по правилу правой руки молоткаЕсли мы повернем винт устройства в направлении кругового тока, то направление поступательного движения устройства будет в направлении вектора индукции магнитного поля, создаваемого током. (2).

Если проводник с током помещен в однородное магнитное поле, то модуль действующей на него силы Ампера равен произведению модуля индукции магнитного поля, длины этого проводника, протекающего в нем тока и синуса угла между направлением тока и вектором магнитной индукции:

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если поместить левую руку в магнитное поле так, чтобы линии магнитной индукции были направлены к ладони, а четыре пальца вытянуты в направлении тока, то большой палец, вытянутый под углом 90 o, укажет направление силы Ампера.

В начале 19 века один из основателей математической теории электромагнетизма, немецкий математик и физик Карл Фридрих Гаусс (1777-1855), разработал теорию электромагнитной пушки, названной “пушкой Гаусса”. Принцип его работы основан на взаимодействии катушки с током и железного снаряда (постоянного магнита). На рисунке изображена модель пушки Гаусса и схема ее работы. (а).

В честь датского ученого X. Эрстед экспериментально установил существование взаимодействия между проводником тока и магнитной стрелкой, французский физик А. Ампер обнаружил, что два параллельных проводника тока взаимодействуют как два постоянных магнита. Известно, что взаимодействие между параллельными проводниками с токами в одном направлении – притяжение, а взаимодействие между проводниками с токами в противоположном направлении – отталкивание. Так же как электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, магнитное взаимодействие – это взаимодействие магнитных полей, создаваемых заряженными частицами, движущимися в пространстве.

Магнитное поле действует с определенной силой на любой проводник с током (пример тока), помещенный в это поле. Модуль этой силы, называемой силой Ампера, равен произведению силы тока в проводнике, модуля вектора магнитной индукции, длины проводника и синуса угла между направлением тока и вектором индукции магнитного поля:

Мы знаем, что направление силы Ампера определяется правило левой руки. Если проводник с током расположен перпендикулярно вектору магнитной индукции (sin90°=l), сила Ампера принимает максимальное значение:

Физическая сущность силы, характерной для магнитного поля – индукции магнитного поля – может быть выражена с помощью этой формулы.

Индукция магнитного поля – это векторная величина, численно равная максимальной силе, действующей на элемент тока (), помещенный в это поле:

направление вектора магнитной индукции в данной точке поля – это направление, на которое указывает северный полюс свободной магнитной стрелки, расположенной в этой точке поля (с). Единицей магнитной индукции в СИ является тесла (Тесла):

1 тесла – это индукция магнитного поля, при которой на проводник длиной 1 м, перпендикулярный линии магнитной индукции и с током 1 А, действует сила 1 Н.

Магнитное поле, в каждой точке которого числовое значение и направление вектора плотности магнитного потока одинаково, называется однородное магнитное поле.

Для магнитного поля действует принцип суперпозиции: Вектор индукции результирующего магнитного поля, создаваемого несколькими проводниками с током, равен геометрической сумме векторов индукции отдельных магнитных полей, создаваемых этими проводниками:

Чтобы наглядно представить магнитное поле, его изображают следующим образом линии магнитной индукции (силовые линии поля) (d):

Линия магнитного поля – это линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором магнитной индукции в этой точке.

Линии индукции магнитного поля замкнуты и не имеют ни начала, ни конца.

Поле, линии поля которого замкнуты, называется вихрем вихрь.

Применение амперной силы в электроизмерительных приборах

Известно, что существуют различные системы электроизмерительных приборов – амперметры, вольтметры и ваттметры. Это Магнитоэлектрические, электромагнитные и электродинамические системы. Принцип действия всех этих систем основан на воздействии магнитного поля на проводник с током.

Устройства магнитоэлектрической системы работают на основе взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем, создаваемым током, протекающим через проводящую рамку. (е).

Устройство электромагнитной системы основано на взаимодействии магнитного поля, создаваемого протеканием измеряемого тока через неподвижную катушку, с подвижным стальным сердечником, помещенным в это поле. (f).

Принцип действия устройства с электродинамической системой основан на взаимодействии магнитных полей токов, протекающих через неподвижную и движущуюся катушку (или систему катушек) (g).

Магнитный поток и электромагнитная индукция

После многочисленных экспериментов М. Фарадей в 1831 году установил, что изменения в магнитном поле вызывают электрический ток в замкнутой проводящей цепи.

Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре, помещенном в переменное магнитное поле, называется электромагнитная индукция, а результирующий ток называется индукционный ток.

Возникновение переменного магнитного поля всегда сопровождается созданием вращающегося электрического поля в окружающем пространстве.

Вращающееся электрическое поле отличается от электростатического поля:

• (a) Электростатическое поле создается неподвижным электрическим зарядом, в то время как вращающееся электрическое поле создается переменным магнитным полем;
• (b) линии напряженности электростатического поля не замкнуты: они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Линии напряженности спина электрического поля не имеют ни начала, ни конца – линии замкнуты.

В 1833 году русский физик Э. Ленц установил общий принцип для определения направления индукционного тока, так называемый принцип Ленца:

Индукционный ток принимает такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного поля, которое вызвало ток.

Когда внешнее магнитное поле усиливается, магнитное поле индукционного тока ослабляет это изменение – вектор индукции магнитного поля индукционного тока направлен против вектора индукции внешнего магнитного поля. (1).

Когда внешнее магнитное поле ослабевает, магнитное поле индукционного тока препятствует этому изменению, т.е. стремится предотвратить ослабление поля. Вектор индукции магнитного поля индукционного тока имеет то же направление, что и вектор индукции внешнего магнитного поля. (2).

Магнитный поток

Если поместить замкнутый контур (рамку) в однородное магнитное поле, то через область S, определяемую этим контуром, пройдет определенное количество линий магнитной индукции (с). Величина, прямо пропорциональная количеству этих линий индукции, называется потоком магнитной индукции, или просто магнитный поток.

Магнитный поток (F) – это скалярная величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции, площади контура и косинуса угла между вектором магнитной индукции и нормалью к площади контура:

Магнитный поток относится к скалярным величинам, которые могут принимать положительные, отрицательные, а также нулевые значения:

• – Если угол между вектором индукции и нормалью к плоскости контура острый, то магнитный поток принимает положительные значения, если же угол тупой, то отрицательные;
• – если вектор индукции перпендикулярен плоскости контура, т.е. параллелен нормали к плоскости, то то магнитный поток через плоскость контура принимает максимальное значение:

• – Если вектор индукции параллелен поверхности, т.е. перпендикулярен нормали, то тогда магнитный поток не проходит через плоскость контура, т.е. равен нулю: Поэтому линии магнитной индукции не проникают через поверхность контура.

Единицей магнитного потока в СИ является вебер (1 Вб):

1 Weber – магнитный поток, пронизывающий площадь 1 м 2 , ограниченную проводящим контуром, помещенным в магнитное поле с индукцией 1 Тесла, перпендикулярно линиям индукции поля.

Явление электромагнитной индукции

В 1831 году английский ученый Майкл Фарадей (1791-1867) открыл явление электромагнитной индукции и продемонстрировал существование взаимосвязи между электрическим и магнитным полями.

Вы знаете, что если поместить постоянный магнит в катушку, подключенную к гальванометру, и удалить его из катушки, то в витках катушки появится индукционный ток. Однако если магнит неподвижен внутри катушки или совершает вращательное движение внутри катушки, ток не возникает. Таким образом, индукционный ток вызывается изменением магнитного потока через контур (d и e).

Возникновение электрического тока в проводящей цепи в результате изменения магнитного потока, пронизывающего область, ограниченную контуром, называется явлением электромагнитной индукции.

Направление индукционного тока зависит от того, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур.

1. магнитный поток увеличивается Это происходит, когда магнит приближается к контуру. По мере увеличения магнитного потока индукционный ток, возникающий в контуре при изменении внешнего поля, создает собственное магнитное поле. Это вновь созданное поле отталкивает магнит, приближающийся к катушке. Следовательно, вектор индукции внешнего поля, создавшего ток в контуре, направлена против вектора собственное магнитное поле контура с током (см. d). В этом случае магнит и контур отталкиваются одноименными магнитными полюсами. Для круговых токов можно применить правило правого бобра и легко определить направление индукционного тока – его направление совпадает с направлением вращения часовой стрелки.

Эмпирическое правило для круговых течений

Правило для круговых токов: когда ручка пипетки вращается в направлении кругового тока, направление ее поступательного движения совпадает с направлением вектора магнитной индукции внутри кругового тока. (f).

2. Магнитный поток уменьшается Это происходит, когда магнит отодвигается от катушки. Следовательно, магнитный поток уменьшается. Возникающий в цепи индукционный ток принимает направление вектора индукции собственного магнитного ноля ориентирован так же, как вектор индукции внешнего магнитного поля . В этом случае магнит и цепь притягиваются как магниты с противоположными полюсами. (см. f). На основании правила правого бора было установлено, что индукционный ток направлен против часовой стрелки.

Таким образом, индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, всегда направлен так, что его собственное магнитное поле препятствует изменениям внешнего магнитного поля, вызвавшим возникновение тока.

Правило Ленца используется для определения направления индукционного тока.

Закон электромагнитной индукции

Упорядоченное движение заряженных частиц называется электрический ток.

Чтобы в проводнике существовал непрерывный электрический ток, должны быть выполнены следующие условия: наличие в проводнике заряженных частиц (носителей заряда), способных свободно перемещаться в проводнике; электрическая сила, способная перемещать эти частицы в определенном направлении; проводник (цепь, состоящая из проводников), по которому течет электрический ток, должен быть замкнут.

Направление электрического тока условно принимается за направление вектора напряженности электрического поля внутри проводника.

Направление электрического тока – в сторону положительных зарядов (противоположно направлению свободных электронов).

Зависимость тока в данном проводнике от напряжения на его концах и от его сопротивления выражается законом Ома для цепи постоянного тока.

Ток в данном участке цепи прямо пропорционален напряжению на концах участка и обратно пропорционален его сопротивлению:

Индукционный ток, как и любой другой ток, возникает под действием электрического поля.

Существование переменного магнитного поля всегда сопровождается возникновением вихревого электрического поля в окружающем пространстве. Именно вихревое электрическое поле (а не переменное магнитное поле) действует на свободные электроны в замкнутой цепи и способствует возникновению индукционного тока в цепи.

Вихревое электрическое поле – это нечто совершенно иное, чем электростатическое поле:

• (a) Электростатическое поле создается покоящимися зарядами, тогда как спиновое электрическое поле создается переменным магнитным полем;
• (b) Линии напряженности электростатического поля не замкнуты: они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Линии напряженности вращающегося электрического поля не имеют начала и конца, они замкнуты, как линии индукции магнитного поля.

Одним из современных видов общественного транспорта является ховер-поезд, который движется в подвешенном состоянии левитации – без прямого контакта с поверхностью дороги. Вместо колес шасси этого поезда, названного MagLev, оснащено электромагнитной опорой и направляющими магнитами. Поезд состоит из токопроводящего Т-образного рельса, оснащенного электромагнитом, который генерирует сильный индукционный ток. Такой поезд, который был испытан в Японии в районе города Фудзияма, развил рекордную скорость 603 На рисунке показана упрощенная схема устройства MagLev (а).

ЭДС вихревого и индукционного поля

Причиной возникновения индукционного тока в замкнутой проводящей цепи является генерация вращающегося электрического поля вокруг переменного магнитного поля, которое, воздействуя на свободные электроны в цепи, приводит их в упорядоченное движение – создавая индукционный электрический ток. Работа электрического поля вихревого тока по перемещению положительного единичного заряда вдоль замкнутого проводника характеризуется физической величиной, называемой электродвижущей силой индукции (ЭДС индукции).

Электродвижущая сила – это скалярная физическая величина, равная отношению работы, совершаемой вращающимся электрическим полем при перемещении положительного единичного заряда по замкнутой цепи, к величине этого заряда:

Изучая явление электромагнитной индукции, вы обнаружили, что величина индукционного тока, возникающего в замкнутом контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через поверхность, ограниченную контуром. Поэтому электродвижущая сила индукции, которая создает индукционный ток в проводящей цепи, также зависит от скорости изменения внешнего магнитного потока.

Если в течение очень короткого периода времени магнитный поток изменяется на тогда соотношение скорость изменения магнитного потока.

Закон электромагнитной индукции

Исходя из вышесказанного, можно выразить закон электромагнитной индукции:

Индуктивная ЭДС, возникающая в замкнутом проводящем контуре, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через поверхность, ограниченную этим контуром:

Знак минус в выражении (2) указывает на то, что магнитный поток индукционного тока препятствует изменению внешнего магнитного потока, создавшего этот индукционный ток.

Если цепь состоит из N числа катушек, то выражение (2) принимает вид:

Здесь – это ЭДС индукции, единицей измерения которой является вольт (1 В):

Сила индукционного тока, возникающего в замкнутой проводящей цепи, определяется по закону Ома для данного сечения цепи:

Здесь R – сопротивление цепи.

Индукция ЭДС в проводнике, движущемся в магнитном поле. Когда проводник движется в магнитном поле, свободно заряженные частицы внутри него движутся вместе с ним. По этой причине на каждую частицу действует сила Лоренца. В результате свободные заряды, движущиеся внутри проводника, совершают упорядоченное движение – в проводнике возникает ЭДС.

Результирующая индуктивная ЭДС зависит от скорости проводника, длины той части проводника, которая находится в поле, и модуля вектора магнитной индукции. Это можно легко доказать, используя закон электромагнитной индукции.

Представьте, что проводник длиной перемещается в магнитном поле под действием индукции на стороне в направлении, перпендикулярном вектору индукции (b). ЭДС индукции, возникающая в этом случае в проводнике:

В этом случае учитывается, что и (см. б). Если вектор скорости образует угол с вектором магнитной индукции, ЭДС индукции определяется следующим образом:

Направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном ионе, удобно определять по правилу правой руки:

Правую руку следует держать в магнитном поле так, чтобы вектор в руке, и большой палец, согнутый под углом 90°, укажет направление проводника, затем четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока.

Кстати:

Электронные счетчики потребления электроэнергии, используемые в быту, основаны на использовании закона электромагнитной индукции. В электронных водомерах, например, в токе, протекающем через жидкость, возникает индуктивная ЭДС, пропорциональная скорости жидкости. Индукционный ток в электронной части устройства преобразуется в цифровой сигнал.

Энергия магнитного поля и самоиндуцированное ЭМП

Инерция – одно из важнейших свойств организма (происходит от латинского слова “inertia”, означающего безделье, лень).

Инерция – это свойство тел, проявляющееся в том, что для изменения скорости тела всегда требуется определенное время. Явление удержания тела в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения при отсутствии действия на него других тел (когда силы, действующие на тело, взаимно уравновешивают друг друга) называется инерция.

Мерой инерции тела является его масса.

Энергия, которой обладает тело в результате своего движения, называется кинетическая энергия. Кинетическая энергия тела зависит от массы тела и модуля его скорости (не от ее направления):

Поскольку магнитные свойства различных веществ различны, индукция магнитного поля, создаваемого в них одним и тем же источником поля, будет различной. Магнитные свойства веществ характеризуются величиной, называемой магнитная проницаемость вещества.

Магнитная проницаемость материала – это число, на которое модуль индукции однородного магнитного поля B в материале отличается от индукции того же магнитного поля в вакууме B_о:

Здесь (мю) – магнитная проницаемость материала. Это безразмерная величина.

Прохождение электрического тока через газ в отсутствие внешних воздействий называется самостоятельная выписка. Одним из видов самостоятельного газового разряда является искровой разряд.

Искровой разряд происходит в воздухе при высоких напряжениях между электродами и наблюдается в виде светящихся узких зигзагообразных каналов. Температура в канале разряда может достигать 10 000 °C, ток – до 5000 А, а напряжение – до 10 4 В.

Кстати:

Каждый из вас наверняка наблюдал появление кратковременной искры, когда вилка работающего электроприбора вынимается из розетки. Это означает, что между вилкой электроприбора и электрической розеткой произошел независимый разряд в несколько тысяч вольт. Такая искра иногда приводит к повреждению вилки или розетки.

Самоиндукция ЭМП

Электрический ток в любой замкнутой цепи создает свое собственное магнитное поле (он находится в своем собственном магнитном поле). При изменении тока в цепи изменяется и магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока приводит к вращающемуся электрическому полю, в результате чего в цепи возникает индуктивная ЭДС.

Явление индукции ЭДС в замкнутой проводящей цепи вследствие изменения тока в цепи называется самоиндукция ..

Когда ток в замкнутом контуре увеличивается от нуля до определенного значения, магнитный поток через контур также увеличивается. ЭДС индукции, создаваемая в контуре возрастающим магнитным потоком, порождает индукционный ток относительно базового тока, протекающего через контур – индукционный ток замедляет базовый ток и его достижение максимального значения – требуется некоторое время, чтобы ток вырос до своего максимального значения (кривая OA, b).

Когда цепь разомкнута, ток достигает максимального значения, а магнитный поток уменьшается. Уменьшение магнитного потока приводит к возникновению в контуре ЭДС самоиндукции, которая, в свою очередь, порождает в контуре индукционный ток, который, согласно принципу Ленца, имеет то же направление, что и основной ток, и замедляет его (кривая BC, b).

Из вышесказанного ясно, что самоиндуцированный магнитный поток, создаваемый в контуре, прямо пропорционален току, протекающему в контуре -. или:

Здесь L – коэффициент пропорциональности (между и ) и называется индуктивность цепи (катушка).

Индуктивность зависит от геометрических размеров контура (катушки), от магнитной проницаемости среды в нем и от количества витков. Она не зависит от тока в цепи и магнитного потока.

Индуктивность является скалярной величиной, и ее единица измерения в СИ называется генри (1 Гн), в честь американского ученого Джозефа Генри:

1 Гн – это индуктивность такого контура (катушки), в котором при токе 1 А через контур протекает собственный магнитный поток 1 Вб.

Если рассмотреть выражение (1) в законе электромагнитной индукции, то получится, что ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока, протекающего в цепи:

Здесь – ЭДС индукции, – скорость изменения тока в цепи.

Энергия магнитного поля

Согласно закону сохранения энергии, работа, затраченная на создание индуктивного электромагнитного поля, будет равна энергии создавшего его магнитного поля. Для определения этой энергии удобно использовать сходство между явлением самоиндукции и явлением инерции. Таким образом, индуктивность L играет ту же роль в изменениях тока в электромагнитных процессах, так же как масса – в изменении скорости в механических процессах. Тогда для энергии магнитного поля, создаваемого контуром в электромагнитных явлениях, можно принять выражение, аналогичное выражению для кинетической энергии тела в механических явлениях:

Если включить в это выражение уравнение (1), то мы получим еще две формулы для энергии магнитного поля:

Из теоретических расчетов мы получаем, что Плотность энергии магнитного поля прямо пропорциональна квадрату магнитной индукции и обратно пропорциональна магнитным свойствам среды:

Здесь – магнитная постоянная:

При копировании любых материалов с сайта evkova.org активная ссылка на www.evkova.org обязательна.

Сайт создан педагогами на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт написан, поддерживается и управляется командой учителей

Whatsapp и логотип Whatsapp являются торговыми марками корпорации WhatsApp LLC.

Данный веб-сайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой в понимании статьи 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Анна Евкова не предоставляет никаких услуг.

После открытия связи между переменными электрическими и магнитными полями стало ясно, что эти поля не существуют отдельно одно от другого.
Нельзя создать переменное магнитное поле без одновременного создания электрического поля в пространстве, или наоборот.

Каковы формы электромагнитного поля?

«Физика – 11 класс”

Электромагнитное поле

Если переменное магнитное поле создает электрическое поле,
не создает ли переменное электрическое поле в свою очередь магнитное поле?

Генерация магнитного поля переменным электрическим полем

Согласно гипотезе Максвелла:

Когда электрическое поле изменяется со временем, оно генерирует магнитное поле.

Линии магнитной индукции этого поля совпадают с линиями напряженности электрического поля, так же как линии напряженности электрического поля совпадают с линиями индукции переменного магнитного поля.

Согласно гипотезе Максвелла, магнитное поле, например, при зарядке конденсатора после замыкания ключа, создается не только током в проводнике, но и изменяющимся электрическим полем, существующим в пространстве между витками конденсатора.

А изменяющееся электрическое поле создает такое же магнитное поле, как если бы между клеммами протекал электрический ток, такой же, как в проводнике.

Так что электромагнитные волны существуют потому, что изменяющееся магнитное поле порождает изменяющееся электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает изменяющееся магнитное поле и т.д.

Электромагнитное поле.

Как только была обнаружена взаимосвязь между переменными электрическими и магнитными полями, стало ясно, что эти поля не существуют отдельно друг от друга.
Переменное магнитное поле не может быть создано без одновременного создания электрического поля в пространстве, или наоборот.

Однако,Электрическое поле без магнитного поля или магнитное поле без электрического поля может существовать только относительно определенной системы отсчета.

Например, покоящийся заряд генерирует только электрическое поле. Но заряд находится в состоянии покоя только относительно определенной системы отсчета (например, тележки).

Относительно других систем отсчета она может двигаться и, следовательно, также генерировать магнитное поле.

Утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое поле или только магнитное поле, бессмысленноесли мы не уточним, относительно какой системы отсчета рассматриваются эти поля.

Электромагнитное поле – Особая форма материи, осуществляющая электромагнитные взаимодействия.
В зависимости от того, в какой системе отсчета рассматриваются электромагнитные процессы, будут проявляться определенные аспекты электромагнитного поля.
Все инерциальные системы отсчета равны, поэтому ни одно из обнаруживаемых проявлений электромагнитного поля не может быть привилегированным.

Электрическое и магнитное поля являются проявлениями единого целого – электромагнитного поля.

Источник: “Физика – 11 класс”, учебник Мякишев, Буховцев, Харугин.

Электромагнитная индукция. Физика, учебник для 11 класса – Класс!

Острые травмы обычно возникают только при несчастных случаях или при грубом нарушении правил техники безопасности, когда работник подвергается воздействию сильных электромагнитных полей.

Электромагнитные поля и их влияние на организм человека

Электромагнитное поле (ЭМП) – это особая форма материи, в которой происходит взаимодействие между электрически заряженными частицами.

ЭМП состоит из двух компонентов: электрического поля, которое создается электрически заряженными частицами в пространстве, и магнитного поля, которое создается движением электрических зарядов по проводнику.

Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля (E, В/м), а магнитное поле – напряженностью магнитного поля (H, А/м). Физическая причина возникновения ЭМП заключается в том, что изменяющееся во времени электрическое поле создает магнитное поле, а магнитное поле создает вращающееся электрическое поле. Постоянно изменяясь, оба компонента поддерживают существование электромагнитного поля. ЭМП характеризуется длиной волны (м) и частотой (Гц).

Электромагнитные волны обычно классифицируются по частоте и длине волны. Электромагнитные волны делятся на диапазоны частот и длин волн: крайне низкий, ELF (3-30Гц) – декамегаметр (100-10Мм); сверхнизкий, ELF (30-300Гц) – мегаметр (10-1Мм); инфранизкий, ELF (0,3-3КГц) – гектокилометр (1000-100км); очень низкий, VLF (3-30КГц) – мириады (100-10км); низкий, LF (30-300КГц) – километры (10-1км); средний, MF (0,3-3МГц) – гектометры (1-0,1км); высокий, HF (3-30МГц) – дециметры (100-10м); очень высокий, VHF (30-300МГц) – метры (10-1м); сверхвысокий, UHF (0. 3-3 ГГц) до дециметра (1-0,1 м); сверхвысокий, UHF (3-30 ГГц) до сантиметра (10-1 см); экстремально высокий, HF (30-300 ГГц) до миллиметра (10-1 мм); гипервысокий, HF (300-3000 ГГц) до дециметра (1-0,1 мм).

Радиочастотные электромагнитные поля обладают рядом свойств (способность нагревать материалы, распространяться в пространстве и отражаться от границы двух сред, взаимодействие с веществом), благодаря которым ЭМП широко используется в различных отраслях экономики: промышленности, науке, технике, медицине. Электромагнитные волны низкой, средней, высокой и очень высокой частоты используются для термической обработки металлов, полупроводниковых материалов и диэлектриков (поверхностный нагрев металлов, закалка и отпуск, пайка твердых сплавов, пайка, плавление металлов и полупроводников, сушка древесины и т.д.).

ЭМП в ВЧ и УКВ диапазоне часто используются в радиосвязи, телевидении, медицине, для нагрева диэлектриков в высокочастотном электрическом поле (сварка полимерных пленок, полимеризация клея при склеивании деревянных изделий, нагрев пластмасс и формовочных порошков и т.д.).

Электромагнитные волны в диапазонах UHF, VHF и EHF используются в радиолокации, радионавигации, ретрансляционной связи, геодезии, дефектоскопии,

физиотерапия. ЭМП УВЧ используются для вулканизации резины, термообработки, стерилизации, пастеризации, вторичного нагрева пищевых продуктов и т.д.

В физиотерапии ЭМП используется как один из лечебных факторов в комплексном лечении многих заболеваний (ВЧ-аппаратура для диатермии и индуктотермии, специальная УВЧ-терапевтическая аппаратура, микроволновая аппаратура для СВЧ-терапии).

Источниками электромагнитного излучения в промышленной среде являются неэкранированные рабочие элементы высокочастотных установок (катушки, высокочастотные трансформаторы, конденсаторные батареи, катушки колебательных контуров). При эксплуатации приемников ВЧ, ОВЧ, УВЧ в радио- и телецентрах – генераторы высокой частоты, антенные переключатели, связь с антенным комплектом, антенны. В физиотерапии источниками ЭМП при работе высокочастотного оборудования являются электроды и микроволновые излучатели, а при работе микроволновых печей может происходить утечка энергии из-за вмешательства в экран рабочей камеры.

В нормальных условиях основными источниками электромагнитных полей могут быть: линии электропередачи (ЛЭП), бытовая техника, персональные компьютеры, телевизионные и радиовещательные станции, оборудование спутниковой и сотовой связи (устройства, ретрансляторы), электротранспорт, радиолокационные установки и др.

Таким образом, в повседневной жизни человек постоянно подвергается воздействию электромагнитных полей, которые частично или полностью поглощаются тканями биологического объекта, причем биологический эффект зависит от физических параметров ЭМП: длины волны, частоты колебаний, интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), длительности и характера воздействия на организм (непрерывный, прерывистый), а также от облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани.

Поглощенная энергия ЭМП приводит к колебаниям молекул воды и ионов, содержащихся в тканях, что в свою очередь приводит к преобразованию поглощенной электромагнитной энергии в тепло, сопровождающееся повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно тех, которые имеют плохую терморегуляцию (хрусталик, стекловидное тело, ядра и т.д.). Тепловой эффект зависит от интенсивности воздействия; пороговые интенсивности теплового воздействия ЭМП на организм животных составляют: в среднечастотном диапазоне – 8000 В/м, высоком – 2250 В/м, очень высоком – 150 В/м, дециметровом – 40 В/м, сантиметровом – 10 В/м, миллиметровом – 7 мВт/см2. ЭМП ниже этих значений не оказывает теплового воздействия на организм, но определяется специфическим эффектом, выражающимся в явлении возбуждения в блуждающем нерве.

При воздействии ЭМП, особенно радиоволн, начальные симптомы возникают в тканях, отдельных органах, вследствие прямого воздействия на них энергии ЭМП, затем следуют изменения функционального состояния центральной нервной системы с нарушениями нейрогуморальной регуляции, рефлекторные изменения во многих органах и системах, в том числе сердечно-сосудистой.

В клинической картине, в зависимости от интенсивности и продолжительности воздействия радиоволн ЭМП, различают острые и хронические формы повреждения.

Острые повреждения обычно возникают только при несчастных случаях или при грубом нарушении правил техники безопасности, когда работник подвергается воздействию сильных электромагнитных полей.

При этом наблюдается повышение температуры тела (39-40 0 C), одышка, боль в руках и ногах, мышечная слабость, головные боли, сердцебиение, повышение артериального давления.

Функциональные нарушения центральной нервной и сердечно-сосудистой систем проявляются при хроническом воздействии. Изменения в нервной системе характеризуются астеническими, невротическими и вегетативными реакциями. Пациенты жалуются на общую слабость, быструю утомляемость, снижение трудоспособности, нарушения сна, раздражительность и головные боли неопределенной локализации. Некоторые страдают от боли в области сердца, иногда сдавливающего характера с иррадиацией в левое плечо и лопатку, и одышки.

На фоне функциональных нарушений центральной нервной системы развиваются сердечно-сосудистые заболевания. Как правило, у таких пациентов наблюдается снижение частоты сердечных сокращений и артериального давления, которые характеризуются нестабильностью и часто встречающейся асимметрией показателей артериального давления. При физикальном обследовании обнаруживаются увеличенные границы сердца, приглушенные тоны, часто прослушиваемый систолический шум на верхушке сердца.

Эндокринные нарушения также выявляются на фоне функциональных расстройств центральной нервной системы. Часто наблюдаются сдвиги в функциональном состоянии щитовидной железы, в сторону повышения активности, при тяжелых формах патологии нарушается деятельность половых желез. Могут возникнуть желудочно-кишечные и печеночные расстройства.

Воздействие радиоволн ЭМП сопровождается изменением показателей периферической крови, с фазовыми изменениями количества лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина (чаще лейкоцитоз, увеличение количества эритроцитов и гемоглобина). Имеются доказательства повышения уровня холестерина и снижения уровня хлоридов, а также нарушения минерального обмена.

Микроволновое излучение от мобильных телефонов воздействует на головной мозг, вестибулярные зоны слухового анализатора, сетчатку глаза, повышает температуру кожи головы в области расположения антенны и температуру барабанной перепонки. Экспериментальные исследования различных типов мобильных телефонов показали повышение температуры кожи головы от 1,7 до 4,5 0С.

ЭМП промышленной частоты (50 Гц), источники которого широко распространены не только в различных отраслях промышленности, но и в быту, также влияют на здоровье человека. Многократные исследования показывают, что существует связь между возникновением болезни Альцгеймера (деменции), опухолей мозга, рака крови (особенно лейкемии у детей), различных степеней неврологических расстройств и воздействием ЭМП (50 Гц).

Микроволны в особо неблагоприятных условиях работы оказывают вредное воздействие на глаза, вызывая помутнение хрусталика – микроволновую катаракту. Катаракта может развиться в результате однократного сильного облучения глаза или длительного систематического воздействия микроволновой энергии в сотни милливатт на см2 .

Защитные меры при работе с источниками ЭМП.

Организационные меры: как в процессе проектирования, так и на действующих объектах необходимо принимать меры по предотвращению попадания людей в зоны с высокой напряженностью электромагнитного поля, создавать санитарно-защитные зоны вокруг антенных сооружений различного назначения.

Инженерно-технические мероприятия: электрическая герметизация элементов схемы, узлов, сборок, подсборок установки в целом; защита рабочего места от излучения с помощью отражающих экранов (из сплошного металла или металлической сетки), поглощающих экранов (из радиопоглощающих материалов) или удаление их на безопасное расстояние от источника излучения. Использование средств индивидуальной защиты в виде комбинезонов из металлизированной ткани и защитных очков.

Профилактические и медицинские мероприятия: Одним из важных мероприятий по профилактике заболеваний, вызванных электромагнитными полями, является организация и проведение первичных и периодических медицинских осмотров работников в соответствии с Приказом Минздрава России от 12.04.2011 № 302н.

0.01 – 0.15

Что такое электромагнитные поля?

Электрические поля возникают из-за разницы напряжений: чем выше электрическое напряжение, тем сильнее поле. Магнитные поля создаются там, где течет электрический ток: чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле. Электрическое поле существует даже при отсутствии электрического тока. При наличии электрического тока напряженность магнитного поля будет меняться в зависимости от количества протекающего электричества, в то время как напряженность электрического поля будет оставаться постоянной.
(Выдержка из книги “Электромагнитные поля”, опубликованной Европейским региональным бюро ВОЗ в 1999 году. (Серия справочных брошюр по охране здоровья и окружающей среды для местных органов власти; 32).

Природные источники электромагнитных полей

Электромагнитные поля (ЭМП) окружают нас повсюду, но невидимы для человеческого глаза. Электрические поля создаются электрическими зарядами в атмосфере, вызванными грозами. Магнитное поле Земли заставляет иглу компаса всегда указывать на север-юг и помогает птицам и рыбам ориентироваться.

Антропогенные (искусственные) источники электромагнитных полей

В дополнение к ЭМП от природных источников, спектр электромагнитных полей также включает те, которые производятся антропогенными источниками: например, рентгеновские лучи, используемые для диагностики переломов конечностей при спортивных травмах. Электрический ток в каждой розетке приводит к генерации сопутствующих низкочастотных электромагнитных полей. Различные радиоволны более высокой частоты используются для передачи информации через телевизионные антенны, радиостанции или базовые станции мобильных телефонов.

Одной из основных характеристик электромагнитного поля является его частота или соответствующая длина волны. Поля разных частот по-разному воздействуют на организм. Мы можем попытаться представить себе электромагнитные волны как серию регулярно повторяющихся волн с огромной скоростью, равной скорости света. Частота – это число, которое просто указывает на количество колебаний или циклов в секунду, в то время как термин “длина волны” используется для описания расстояния между последовательными волнами. Поэтому длина волны и частота тесно связаны: чем выше частота, тем короче длина волны.

Простое сравнение поможет лучше проиллюстрировать вышеприведенный тезис: привяжите длинную веревку к дверной ручке и держите свободный конец в руке. Если вы поднимаете и опускаете руку с веревкой медленно, создается одна большая волна; если ваши движения быстрее, создается серия маленьких волн. Длина веревки остается постоянной, а это значит, что чем больше волн мы создаем (т.е. волны более высокой частоты), тем меньше расстояние между ними (т.е. длина волны будет короче).

Влияние электромагнитных полей – явление не новое. Однако в 20 веке воздействие антропогенных ЭМП в нашей окружающей среде неуклонно возрастало, поскольку растущий спрос на электроэнергию, постоянно развивающиеся технологии и изменение социального поведения привели к созданию все большего количества искусственных источников ЭМП. Каждый из нас подвергается воздействию ряда слабых электрических и магнитных полей, как дома, так и на работе, в результате выработки и передачи электроэнергии, использования бытовых и промышленных приборов, телекоммуникаций, радио- и телевещания.

Очень слабые электрические токи генерируются в человеческом теле в результате химических реакций, происходящих во время нормального функционирования организма, даже при отсутствии внешних электрических полей. Например, нервы передают сигналы с помощью электрических импульсов. Большинство биохимических реакций (от биохимии пищеварительной системы до деятельности мозга) сопровождаются перераспределением заряженных частиц. Кроме того, сердце электрически активно: врач может проверить это с помощью электрокардиограммы.

Низкочастотные электрические поля взаимодействуют с человеческим телом так же, как и любой другой материал, состоящий из заряженных частиц. Когда электрические поля взаимодействуют с электропроводящими материалами, они влияют на распределение электрических зарядов на поверхности этих материалов. Электрические поля вызывают прохождение электричества через тело человека и в землю.

Низкочастотные магнитные поля вызывают циркулирующие токи в человеческом теле. Сила этих токов зависит от силы внешнего магнитного поля. Если эти токи достаточно сильны, они могут оказывать возбуждающее действие на нервы и мышцы, а также влиять на другие биологические процессы.

Как электрические, так и магнитные поля могут индуцировать напряжения и токи в человеческом теле, но даже если человек находится непосредственно под высоковольтной линией (ВЛ), индуцированные токи очень малы по сравнению с порогами поражения электрическим током или другими последствиями, вызванными электричеством.

Нагревание является основным биологическим эффектом радиочастотных электромагнитных полей. Этот эффект используется в микроволновых печах для разогрева пищи. Уровни радиочастотных полей, которым обычно подвергаются люди, гораздо ниже тех, которые могут вызвать значительный нагрев внутренних тканей организма.

Ученые исследуют возможность того, что длительное воздействие полей ниже порогового уровня может вызвать тепловое воздействие на внутренние ткани организма. На сегодняшний день нет подтвержденных данных о неблагоприятном воздействии на здоровье человека длительного воздействия полей низкой радиочастоты или промышленной частоты. Тем не менее, ученые продолжают активно заниматься исследованиями в этой области.

Биологические эффекты – это измеримые реакции организма на стимулы или изменения в окружающей среде. Эти изменения не обязательно вредны для вашего здоровья. Например, когда мы слушаем музыку, читаем книгу, едим яблоко или играем в теннис, эти процессы вызывают целый ряд биологических эффектов. Тем не менее, мы не ожидаем, что какие-либо из этих мероприятий окажут негативное влияние на здоровье.

В организме есть тонкие механизмы, позволяющие адаптироваться к многочисленным и разнообразным воздействиям, которые мы испытываем в окружающей среде. Постоянные перемены – неизбежная часть нашей жизни. Однако очевидно, что организм не имеет адекватных компенсаторных механизмов для всех биологических эффектов. Изменения необратимого характера, вызывающие длительный стресс для организма, могут представлять опасность для здоровья.

Неблагоприятное воздействие на здоровье вызывает обнаруживаемые нарушения у человека, подвергшегося воздействию, или его детей; с другой стороны, биологическое воздействие не обязательно вызывает неблагоприятное воздействие на здоровье.

Неоспоримым фактом является то, что электромагнитные поля выше определенного уровня могут вызывать биологические эффекты. Эксперименты, проведенные на здоровых добровольцах, показывают, что кратковременное воздействие уровней поля, которые присутствуют в окружающей среде или в наших домах, не вызывает очевидных вредных последствий. Для воздействия более высоких уровней ЭМП, которые могут быть вредны для здоровья, существуют строгие ограничения, установленные в национальных и международных рекомендациях. В настоящее время основные дебаты ведутся вокруг того, может ли длительное воздействие низкоуровневых полей вызвать биологические реакции и повлиять на самочувствие человека.

Общие проблемы со здоровьем

Взгляд на заголовки последних новостей дает нам некоторое представление о вопросах, волнующих общественность. За последнее десятилетие многочисленные источники электромагнитных полей оказались в центре внимания с точки зрения риска для здоровья, включая линии электропередач, микроволновые печи, компьютерные мониторы и телевизионные экраны, устройства безопасности, радары и, в последнее время, мобильные телефоны и их базовые станции.

Международный проект по ЭМП

В ответ на растущую озабоченность общественности возможными негативными последствиями для здоровья от воздействия все более разнообразных источников ЭМП Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в 1996 году инициировала крупный междисциплинарный исследовательский проект по изучению ЭМП. Международный проект по ЭМП позволяет синтезировать все современные научные знания и объединить ресурсы ведущих международных и национальных научных организаций и учреждений.

Научные результаты

За последние 30 лет было опубликовано около 25 000 работ о биологических эффектах и медицинском применении неионизирующего излучения. Хотя некоторые считают, что исследования в этой области должны быть еще более усилены, текущее состояние научных знаний гораздо шире, чем для большинства химических веществ. На основании недавнего углубленного обзора научной литературы ВОЗ пришла к выводу, что имеющиеся данные не свидетельствуют о наличии неблагоприятных последствий для здоровья от воздействия низкоуровневых электромагнитных полей. Однако существуют пробелы в знаниях о биологических эффектах, и необходимы дальнейшие исследования.

Влияние на общее состояние здоровья

Некоторые представители общественности связывают ряд “размытых” симптомов с низкоуровневым воздействием электромагнитных полей в доме. Некоторые из симптомов, о которых сообщается, включают головные боли, беспокойство, суицидальные настроения и депрессию, тошноту, усталость и потерю либидо. На сегодняшний день не существует научных доказательств, подтверждающих связь между этими симптомами и воздействием электромагнитных полей. По крайней мере, некоторые из упомянутых проблем со здоровьем могут быть вызваны шумом или другими экологическими факторами, или беспокойством, связанным с использованием новых технологий.

Влияние на исходы беременности

ВОЗ и другие организации провели оценку широкого спектра источников электромагнитных полей и их воздействия в среде, в которой мы живем и работаем, включая: компьютерные мониторы, гидростатические матрасы, электрические одеяла с подогревом, радиочастотные сварочные аппараты, оборудование для диатермии и радары. В целом, совокупность доказательств свидетельствует о том, что воздействие полей при нормальных уровнях окружающей среды не повышает риск каких-либо неблагоприятных исходов беременности, таких как самопроизвольный аборт, врожденные пороки развития, низкий вес при рождении или врожденные заболевания. Время от времени появляются сообщения о связи между возникающими проблемами со здоровьем и предполагаемым воздействием ЭМП. Например, известны случаи рождения недоношенных детей или детей с низким весом в семьях людей, занятых в электронной промышленности. Однако научное сообщество не предполагает, что такие случаи обязательно связаны с воздействием поля (в отличие от связи с фактором риска, таким как воздействие растворителя, например).

Катаракта

Иногда сообщалось о раздражении глаз и катаракте у работников, подвергающихся воздействию высоких уровней радиочастотного или микроволнового излучения. Однако исследования на животных не подтверждают предположение о том, что эти формы повреждения глаз могут быть вызваны полями на уровнях, которые не опасны с точки зрения возможного нагрева тканей организма. Нет никаких доказательств того, что такие эффекты возникают при воздействии уровней поля, с которыми сталкивается население в целом.

Электромагнитные поля и рак

Несмотря на многочисленные исследования на эту тему, данные о возможном воздействии таких электромагнитных полей все еще очень противоречивы. Однако очевидно, что даже если электромагнитные поля действительно каким-то образом влияют на рак, увеличение риска заболевания в результате воздействия электромагнитных полей будет очень незначительным. Хотя имеющиеся на сегодняшний день результаты исследований весьма противоречивы, не было обнаружено значительного увеличения риска возникновения любого вида рака в результате воздействия ЭМП ни у детей, ни у взрослых.

Ряд эпидемиологических исследований предполагает, что существует небольшое увеличение риска развития детской лейкемии в результате воздействия низкочастотных магнитных полей в домашних условиях. Однако исследователи, как правило, не приходят к выводу, что такие результаты указывают на причинно-следственную связь между воздействием полей и заболеваниями (скорее, можно говорить о необъективности исследований или эффектах, не связанных с воздействием полей). Отчасти это мнение объясняется тем, что исследования на животных и в лабораториях не подтвердили никаких воспроизводимых эффектов, соответствующих гипотезе о том, что поля вызывают или способствуют развитию рака. В настоящее время во многих странах проводятся обширные исследования, которые могут помочь ответить на соответствующие вопросы.

Повышенная чувствительность к электромагнитным полям и депрессия

Некоторые люди отмечают “повышенную чувствительность” к электрическим или магнитным полям. Они задаются вопросом, можно ли объяснить боль, головные боли, депрессию, вялость, нарушения сна и даже судороги и эпилептические припадки воздействием электромагнитных полей.

Существует мало научных доказательств в поддержку идеи гиперчувствительности к ЭМП. Недавние исследования, проведенные в скандинавских странах, показали, что у людей не возникает необратимой реакции на воздействие электромагнитных полей, если это воздействие происходит в надлежащих контролируемых условиях. Также не существует признанного биологического механизма, объясняющего повышенную чувствительность. Исследования в этой области затруднены, поскольку помимо прямого воздействия самих полей могут быть задействованы и другие субъективные реакции организма. Исследования в этом направлении продолжаются.

На чем сосредоточены текущие и будущие исследования?

В настоящее время значительные усилия направлены на исследование ЭМП в связи с раком. Возможные канцерогенные эффекты полей промышленной частоты все еще изучаются, хотя и в меньших масштабах, чем в конце 1990-х годов.

Долгосрочное негативное воздействие на здоровье, вызванное мобильными телефонами, – еще одна область, в которой в настоящее время проводится много исследований. Очевидных вредных последствий воздействия низких радиочастотных полей не выявлено. Однако, учитывая обеспокоенность общественности по поводу безопасности мобильных телефонов, проводятся дальнейшие исследования, чтобы выяснить, могут ли быть менее очевидными эффекты при очень низких уровнях воздействия.

Ключевые моменты

• Ряд факторов окружающей среды вызывает биологические эффекты. “Биологические эффекты” и “риски для здоровья” – это не одно и то же. Для выявления и оценки рисков для здоровья необходимы специальные исследования.
• На низких частотах внешние электрические и магнитные поля вызывают слабые токи, циркулирующие в человеческом теле. Почти при всех нормальных условиях уровни токов, индуцированных в организме, слишком малы, чтобы вызвать очевидные последствия.
• Основное действие радиочастотных электромагнитных волн заключается в нагревании внутренних тканей организма.
• Нет сомнений в том, что кратковременное воздействие очень сильных электромагнитных полей может быть вредным для здоровья. В настоящее время общественность в основном обеспокоена долгосрочными негативными последствиями воздействия ЭМП на здоровье при более низких уровнях, чем те, которые вызывают острую биологическую реакцию.
• Международный проект по ЭМП был инициирован ВОЗ с целью дать научные и объективные ответы на вопросы общественности о возможных рисках для здоровья, связанных с низкоуровневым ЭМП.
• Несмотря на обширные исследования, на сегодняшний день нет доказательств того, что воздействие электромагнитных полей низкого уровня вредно для здоровья человека.
• Международные исследования были направлены на проверку возможной связи между раком и промышленными и радиочастотными ЭМП.

Если электромагнитные поля (ЭМП) представляют опасность для здоровья, то все промышленно развитые страны будут страдать от последствий. Общественность требует конкретных ответов на все более актуальный вопрос: могут ли электромагнитные поля, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, вызывать неблагоприятные последствия для здоровья?

Средства массовой информации часто предлагают нам окончательные ответы, с их точки зрения. Однако к таким сообщениям следует относиться с осторожностью, поскольку просвещение общественности не является приоритетом для СМИ. Журналист может выбрать тему и написать статью по многим причинам, далеким от технических: журналисты конкурируют за время и место, а журналы и газеты – за тираж.

Оригинальные сенсационные заголовки, способные привлечь максимальное количество людей, помогают журналистам достичь своих целей, а плохие новости не только всегда являются отличными новостями, но и зачастую единственными новостями, о которых мы узнаем. Большое количество исследований, свидетельствующих о безопасности ЭМП, в лучшем случае лишь слабо освещается в СМИ. Наука не может гарантировать полную безопасность, но в целом дальнейшие научные исследования не могут не обнадеживать.

Необходимы различные виды исследований

Для оценки возможности неблагоприятного воздействия ЭМП на здоровье необходимо сочетание исследований в различных дисциплинах Различные типы исследований затрагивают различные аспекты проблемы.

Лабораторные исследования клеточного материала направлены на определение механизмов, лежащих в основе взаимосвязи между воздействием ЭМП и биологическими эффектами. Они проводятся для выявления механизмов, основанных на изменениях на молекулярном и клеточном уровне, которые вызываются ЭМП. Такие изменения могут дать подсказку о том, как физическая сила преобразуется в биологические процессы в человеческом организме. В этих исследованиях отдельные клетки или ткани удаляются из привычной среды, что может блокировать активность потенциальных компенсаторных механизмов.

Исследования другого рода – с использованием животных – ближе к реальным жизненным ситуациям. Таким образом, ученые получают доказательства, которые имеют более непосредственное отношение к определению безопасных уровней воздействия на человека. В таких исследованиях часто изучается несколько различных уровней поля, чтобы проследить зависимость между дозой и реакцией.

Эпидемиологические исследования или исследования здоровья человека являются еще одним прямым источником информации о долгосрочных последствиях воздействия ЭМП. Такие исследования направлены на изучение причин и распространения заболеваний в реальных условиях среди местного населения и профессиональных групп. Исследователи пытаются определить, существует ли статистическая корреляция между воздействием ЭМП и возникновением определенного заболевания или неблагоприятного воздействия на здоровье. Однако стоимость эпидемиологических исследований высока. Но что еще важнее, они предполагают оценку очень сложных популяций, а обеспечить в таких исследованиях достаточно хороший контроль, необходимый для выявления самых незначительных эффектов, не так-то просто.

Поэтому, принимая решения о потенциальном риске для здоровья, ученые оценивают все соответствующие доказательства, включая данные эпидемиологических исследований, исследований на животных и клеточных исследований.

Интерпретация эпидемиологических исследований

Эпидемиологические исследования сами по себе обычно не могут точно установить связь между причиной и следствием, прежде всего потому, что они лишь устанавливают статистическую корреляцию между воздействием и заболеванием, которое может быть или не быть результатом воздействия.

Представьте себе некое гипотетическое исследование для определения взаимосвязи между воздействием ЭМП на работников электросетей компании X-Electricity и повышенным риском развития рака. Даже если статистическая корреляция была обнаружена, ее можно объяснить неполными данными о других факторах на рабочем месте. Например, рабочие-электрики могли подвергаться воздействию химических растворителей, которые могут вызывать рак. Кроме того, наблюдаемая статистическая корреляция может быть обусловлена чисто статистическими эффектами или несовершенством дизайна исследования.

Поэтому обнаружение связи между каким-либо фактором и заболеванием не всегда означает, что этот фактор вызвал заболевание. Для того чтобы установить причинно-следственную связь, исследователь должен принять во внимание множество факторов. Доводы в пользу такой связи становятся более убедительными, если существует последовательная и сильная корреляция между воздействием и эффектом, четкая зависимость между дозой и эффектом, убедительное биологическое объяснение, если результаты подтверждены соответствующими исследованиями на животных и, самое главное, если различные исследования согласуются друг с другом.

Эти условия, как правило, не соблюдаются в исследованиях ЭМИ и рака. Это одна из основных причин, по которой ученые в целом неохотно делают вывод о том, что слабые электромагнитные поля оказывают влияние на здоровье.

Почему трудно полностью исключить существование очень маленьких рисков?

“Очевидно, что отсутствие фактических доказательств вредного воздействия не может удовлетворить современное общество. Напротив, доказательства отсутствия таких эффектов становятся все более желательными”. (Барнабас Кунш, Австрийский исследовательский центр Зайберсдорф)

“Нет четких доказательств негативного воздействия ЭМП на здоровье” или “Нет причинно-следственной связи между ЭМП и раком” – типичные формулировки выводов, сделанных экспертными комитетами, изучающими этот вопрос. Все это звучит так, как будто научное сообщество уклоняется от ответа на интересующий его вопрос. Зачем же проводить дальнейшие научные исследования, если ученые уже доказали, что никаких последствий нет?

Ответ прост: исследования здоровья человека очень хорошо зарекомендовали себя в плане выявления значимых эффектов, таких как связь между курением и раком. К сожалению, ученым сложнее отличить слабые эффекты от отсутствия эффектов как таковых. Если бы электромагнитные поля на уровнях, характерных для окружающей среды, были сильными канцерогенами, то сейчас было бы довольно легко продемонстрировать такую взаимосвязь.

Напротив, если низкоуровневые электромагнитные поля являются слабыми канцерогенами или даже если они являются сильными канцерогенами для небольшой группы людей, живущих в большом сообществе, такую взаимосвязь продемонстрировать гораздо сложнее. Более того, даже если крупные научные исследования покажут, что такой корреляции нет, мы никогда не можем быть полностью уверены, что ее действительно нет.

Отсутствие эффекта может означать, что на самом деле никаких эффектов нет. Но это также может свидетельствовать о том, что эффект просто невозможно обнаружить с помощью нашего метода оценки. Именно поэтому отрицательные результаты обычно менее убедительны, чем сильные положительные.

Наиболее сложная ситуация, к сожалению, возникла в области эпидемиологических исследований ЭМП, поскольку существует ряд исследований с неубедительными и взаимно противоречивыми положительными результатами. В такой ситуации сами исследователи, скорее всего, не согласятся с мнением о значимости полученных результатов. Тем не менее, по причинам, изложенным выше, большинство ученых и специалистов в области здравоохранения согласны с тем, что даже если низкоуровневые ЭМП и оказывают какое-либо влияние на здоровье, оно, скорее всего, будет очень незначительным по сравнению с другими рисками для здоровья, которым подвергаются люди в своей повседневной жизни.

Что ждет нас в будущем?

Основной целью международного проекта ВОЗ по ЭМР является инициирование и координация исследований по всему миру с целью обеспечения информированного ответа на вопросы, вызывающие озабоченность общественности. В нем будут синтезированы результаты исследований клеточного материала, животных и здоровья человека для обеспечения наиболее полной оценки рисков для здоровья. Всесторонняя оценка результатов целого ряда соответствующих и достоверных исследований позволит получить наиболее надежные ответы относительно неблагоприятных последствий для здоровья (если таковые имеются) длительного воздействия слабых электромагнитных полей.

Один из способов проиллюстрировать необходимость получения доказательств из разных экспериментов – нарисовать сравнительный кроссворд. Например, у нас есть девять вопросов, на которые нужно ответить, чтобы решить данный кроссворд с абсолютным . Предположим, что мы знаем точные ответы только на три вопроса, но все равно можем найти решение путем гадания. Однако некоторые три буквы могут быть частью совершенно другого слова. В то же время каждый дополнительный ответ повышает нашу уверенность. Реальность такова, что наука, скорее всего, никогда не сможет ответить на все вопросы, но чем больше убедительных фактических данных мы соберем, тем точнее будут наши предположения об окончательном решении.

Ключевые моменты

• Проводятся лабораторные исследования клеточного материала, чтобы определить, существует ли механизм, способствующий вредным биологическим эффектам при воздействии ЭМП. Исследования на животных чрезвычайно важны для определения возможного воздействия на высшие организмы, физиология которых в определенной степени схожа с человеческой. Эпидемиологические исследования направлены на установление статистической корреляции между воздействием полей и возникновением конкретных неблагоприятных последствий для здоровья человека.
• Обнаружение статистической корреляции между каким-либо фактором и определенным заболеванием не означает, что этот фактор вызвал заболевание.
• Отсутствие эффектов для здоровья может означать, что их нет; однако это также может означать, что эффект просто не обнаруживается существующими методами.
• Результаты различных исследований (цитологических, эпидемиологических и исследований на животных) должны быть проанализированы вместе, прежде чем делать выводы о возможном риске для здоровья от предполагаемой экологической опасности. Согласованные данные этих исследований, столь различных по своей природе, позволят с большей уверенностью оценить реальные эффекты.

Электромагнитные поля в доме

Фоновые уровни электромагнитного излучения от установок передачи или распределения электроэнергии

Электроэнергия передается на большие расстояния по высоковольтным линиям. Трансформаторы понижают это высокое напряжение в сети до уровня, необходимого для распределения электроэнергии на местах – в домах и на предприятиях. Передающие и распределительные установки, а также бытовая электропроводка и электроприборы создают в домах фоновые уровни электрических и магнитных полей промышленной частоты. Если дома не расположены вблизи линий электропередач, фоновый уровень может достигать примерно 0,2 микротесла. Поля непосредственно под линиями электропередач намного сильнее. Индукция магнитного поля на уровне земли может достигать нескольких микротесла. Уровни электрического поля непосредственно под ЛЭП могут достигать 10 кВ/м. Однако поля (как электрические, так и магнитные) становятся слабее с удалением от линии. На расстоянии 50-100 метров уровни поля, как правило, такие же, как и в местах, удаленных от высоковольтной линии. Кроме того, стены зданий значительно снижают уровни электрического поля по сравнению с уровнями за пределами домов в том же районе.

Электроприборы

Самые сильные электрические поля промышленной частоты в окружающей среде обычно находятся непосредственно под высоковольтными линиями. В отличие от этого, самые сильные магнитные поля промышленной частоты обычно встречаются в непосредственной близости от двигателей и другого электрооборудования, а также специализированного оборудования, такого как устройства магнитно-резонансной томографии, используемые в медицинской диагностике.

Типичные напряженности электрического поля вблизи бытовых приборов (на расстоянии 30 см)
(Источник: Федеральное ведомство по радиационной защите, Германия, 1999)

Бытовая техника	Напряженность электрического поля (В/м)
Стереопроигрыватель	180
Железо	120
Холодильник	120
Смеситель	100
Тостер	80
Фен	80
Цветное телевидение	60
Кофеварка	60
Hoover	50
Электрическая духовка	8
Лампочка	5
Установка порогового значения	5000

Многие люди удивляются, узнав о существовании магнитных полей разного уровня вблизи различных бытовых приборов. Сила этих полей не зависит от размера, сложности, мощности или уровня шума этих приборов. Кроме того, сила магнитного поля может значительно отличаться даже между внешне похожими приборами. Например, некоторые фены окружены очень сильным полем, в то время как другие практически не создают магнитного поля вообще. Эта разница в силе магнитных полей обусловлена конструкцией изделия.

В таблице ниже приведены типичные напряженности поля для ряда электроприборов, обычно используемых дома и на производстве. Измерения проводились в Германии, все устройства питались от сети 50 Гц. Следует отметить, что фактические уровни воздействия значительно варьируются в зависимости от модели прибора и расстояния до него.

Типичные значения напряженности магнитного поля вокруг бытовых приборов (в зависимости от расстояния до прибора)

На расстоянии 3 см (микротесла)

На расстоянии 30 см (микротесла)

На 1 метр (микротесла)

6 – 2000

15 – 1500

2 – 20

Флуоресцентный осветитель

0.5 – 2

4 – 8

1

0.15 – 0.5

0.15 – 3

0.12 – 0.3

0.6 – 3

< 0.01

0.01 – 0.25

0.01 – 0.15

Большинство бытовых приборов имеют напряженность магнитного поля на расстоянии 30 см значительно ниже порогового значения для населения в 100 микротесла.

Таблица иллюстрирует две основные мысли: во-первых, напряженность магнитного поля вокруг всех приборов быстро уменьшается по мере удаления от них; во-вторых, большинство бытовых приборов не работают слишком близко к людям. На расстоянии 30 см уровень магнитного поля вокруг большинства бытовых приборов более чем в 100 раз ниже порога для населения в 100 микротесла при 50 Гц (и 83 микротесла при 60 Гц).

Телевизоры и компьютерные мониторы

Компьютерные мониторы и телевизоры основаны на тех же принципах. Оба они создают статические электрические поля и переменные электрические и магнитные поля на разных частотах. Однако жидкокристаллические дисплеи в некоторых ноутбуках и настольных компьютерах не создают значительных электрических и магнитных полей. Современные компьютерные мониторы изготавливаются из проводящих материалов, что снижает электростатическое поле вокруг монитора до уровня, сравнимого с нормальным фоновым уровнем в доме или на рабочем месте. Если человек работает на достаточном расстоянии (30-50 см) от монитора, уровень индукции переменного магнитного поля (промышленной частоты) обычно ниже 0,7 микротесла. Напряженность переменных электрических полей при работе на одинаковом расстоянии от монитора составляет от менее 1 В/м до 10 В/м.

Микроволновые печи

Бытовые микроволновые печи очень эффективны. Однако надежный экран снижает возможную утечку микроволнового излучения за пределы печи до практически необнаружимого уровня. Кроме того, уровень утечки быстро снижается по мере удаления пользователя от печи. Во многих странах существуют отраслевые стандарты, которые специально устанавливают пределы утечки для новых печей. Если печь соответствует этим стандартам, она не представляет опасности для потребителя.

Мобильные телефоны

Портативные телефоны требуют гораздо менее интенсивного поля, чем мобильные телефоны. Это связано с тем, что они используются очень близко к своей базе, поэтому нет необходимости в сильном поле, как это было бы при передаче на большие расстояния. Следовательно, радиочастотные поля вокруг этих телефонов в целом незначительны.

Электромагнитные поля в окружающей среде

Радар

Радары используются для навигации, прогнозирования погоды, военных целей и многих других задач. Они излучают импульсные микроволновые сигналы. Пиковая мощность сигнала может быть высокой, а средняя мощность – низкой. Многие радары вращаются или перемещаются вверх и вниз, что снижает среднюю плотность мощности поля, воздействующего на людей вблизи радара. Даже мощные, невращающиеся военные радарные установки имеют пределы воздействия: они должны быть ниже определенного порога в местах, доступных для населения.

Системы безопасности

Системы защиты от краж в магазинах основаны на использовании специальных датчиков, прикрепляемых к товарам, которые считываются электрическими цепями на выходах. Эти датчики удаляются или полностью деактивируются после правильного совершения покупки. Электромагнитные поля вокруг петли обычно не превышают рекомендуемых уровней воздействия. Системы контроля доступа работают по тому же принципу: датчик встраивается в брелок или пропуск. Системы безопасности в библиотеках используют специальные сенсорные метки, которые деактивируются при выдаче книги читателю и снова активируются при ее возврате. Металлодетекторы и системы безопасности аэропортов создают сильное магнитное поле (до 100 микротесла), которое реагирует на металлические предметы. Вблизи рамки детектора напряженность магнитного поля может приближаться, а иногда и превышать рекомендуемый пороговый уровень. Однако это не представляет опасности для здоровья, о чем будет сказано в разделе, посвященном рекомендациям по допустимым уровням воздействия (см. “Опасны ли уровни воздействия выше рекомендуемых пороговых значений?”).

Электрические поезда и трамваи

В поездах дальнего следования один или несколько моторных отсеков размещаются в отдельных вагонах. Поэтому пассажиры подвергаются воздействию полей, возникающих в основном от электричества, подаваемого в поезд. Магнитные поля в пассажирских автомобилях при длительных поездках могут достигать нескольких сотен микротесла на уровне пола и более низких значений (десятки микротесла) в других местах салона. Напряженность электрического поля может достигать 300 В/м. Люди, живущие вблизи железнодорожных путей, могут подвергаться воздействию магнитных полей от линий электропередач, проходящих над железнодорожными путями, и интенсивность этих полей может быть сравнима, в зависимости от страны, с интенсивностью полей вокруг высоковольтных линий.

Двигатели и тяговое оборудование в поездах и трамваях обычно располагаются под пассажирскими вагонами. На уровне пола напряженность магнитного поля может достигать десятков микротесла (на тех участках пола, которые находятся непосредственно над двигателем). Однако чем выше от пола, тем быстрее снижается напряженность поля, и его воздействие на верхнюю часть тела пассажиров становится гораздо слабее.

Телевидение и радио

Когда вы слушаете радио дома и ищете нужную станцию, задумывались ли вы когда-нибудь, что означают известные аббревиатуры AM и FM? Радиосигналы могут иметь амплитудную модуляцию (AM) или частотную модуляцию (FM). Все зависит от того, как они переносят информацию. Радиосигналы AM могут использоваться для вещания на очень большие расстояния, в то время как волны FM охватывают более ограниченные территории, но обеспечивают лучшее качество звука.

Радиосигналы AM передаются с помощью сложной системы антенн, которые могут достигать десятков метров в высоту и размещаются в местах, недоступных для широкой публики. Уровни облучения в непосредственной близости от антенн и фидерных кабелей могут быть высокими, но с ними должен справляться обслуживающий персонал, а не население.

Антенны FM-телевидения и радиовещания намного меньше антенн AM-радиовещания и устанавливаются в виде направленной антенной системы на вершине высоких башен. Башни являются лишь несущей конструкцией. Поскольку уровень облучения у самого основания таких вышек ниже рекомендуемых пороговых значений, доступ населения в районы, где расположены такие вышки, не запрещен. Небольшие местные теле- и радиоантенны иногда устанавливаются на крышах зданий; в этом случае контроль доступа на крышу не исключен.

Мобильные телефоны и их базовые станции

Мобильные телефоны позволяют нам оставаться в постоянном контакте с другими людьми. Это маломощные устройства, которые излучают и принимают радиоволны от сети стационарных маломощных базовых станций. Каждая мобильная базовая станция обеспечивает покрытие определенной территории. В зависимости от объема обрабатываемых вызовов базовые станции могут располагаться на расстоянии от нескольких сотен метров (в крупных городах) до нескольких километров (в сельской местности).

Мобильные базовые станции обычно устанавливаются на крышах зданий или башнях высотой от 15 до 50 метров. Уровень передачи сигнала от данной базовой станции не является постоянным и зависит от количества вызовов и расстояния, на котором абонент находится от базовой станции. Антенны излучают очень узкий пучок радиоволн, которые затем распространяются почти параллельно земле. Поэтому радиочастотные поля на уровне земли и в местах, обычно доступных для населения, во много раз ниже уровней, вызывающих беспокойство.

Рекомендуемые пороговые значения будут превышены только в том случае, если человек находится непосредственно перед антенной системой на расстоянии одного-двух метров. До появления мобильных телефонов население в основном подвергалось воздействию радиочастотного излучения, испускаемого радио- и телевизионными станциями. Но даже сегодня, с появлением мобильных телефонов, вышки, на которых расположены базовые станции мобильных телефонов, сами по себе имеют очень незначительный эффект с точки зрения ухудшения общего воздействия на наш организм, поскольку сила сигнала в местах, доступных для широкой публики, обычно такая же или даже ниже, чем от радио- и телестанций, расположенных на значительном расстоянии от этих мест.

Однако пользователь мобильного телефона подвергается воздействию более высоких уровней радиочастотных полей, чем те, которые обычно присутствуют в окружающей среде. Когда вы разговариваете по мобильному телефону, вы держите его очень близко к голове. Поэтому вместо того, чтобы отслеживать эффект нагрева тканей по всему телу, необходимо определить распределение поглощенной энергии в голове пользователя телефона. Сложное компьютерное моделирование и оценки с использованием моделей головы человека показали, что уровень энергии, поглощаемой при использовании мобильного телефона, не превышает существующих пороговых значений.

Другие так называемые “нетепловые” эффекты частот мобильного телефона также вызывают беспокойство. Существуют различные предположения о тонком воздействии на клетки, которое может влиять на развитие рака. Существуют также гипотезы о возможном воздействии на ткани, раздраженные воздействием электрического тока, и о том, что он может влиять на функционирование мозга и нервной ткани. Однако все имеющиеся на сегодняшний день доказательства не подтверждают существования каких-либо вредных последствий использования мобильных телефонов для здоровья человека.

Магнитные поля в повседневной жизни: действительно ли они настолько сильны?

В последние годы национальные власти разных стран провели многочисленные оценки для определения уровней электромагнитных полей в окружающей человека среде. Ни одно из этих исследований не привело к выводу, что уровни поля могут вызвать неблагоприятные последствия для здоровья.

Недавно Федеральное ведомство по радиационной защите (Германия) провело оценку ежедневного воздействия магнитных полей, в исследовании приняли участие около 2000 человек. Оценка проводилась для ряда профессий, а также для населения в целом. Всем участникам исследования были выданы персональные дозиметры для измерения уровня облучения 24 часа в сутки. Полученные данные значительно варьировались, но средний уровень в день составлял 0,10 микротесла. Это значение в 1 000 раз ниже предела в 100 микротесла для населения в целом и в 5 000 раз ниже предела в 500 микротесла для некоторых профессий. Кроме того, исследование воздействия полей на людей, живущих в городских центрах, показало, что нет существенной разницы между сельскими и городскими жителями с точки зрения воздействия полей. Даже уровни воздействия для людей, живущих в непосредственной близости от высоковольтных линий электропередач, лишь незначительно отличались от средних уровней воздействия для населения в целом.

Руководство

• Фоновые уровни ЭМП в доме в основном создаются передающим и распределительным оборудованием или бытовыми электроприборами.
• Электроприборы значительно отличаются по силе генерируемых ими полей. По мере удаления от приборов уровни электрического и магнитного полей быстро снижаются. В любом случае, уровни поля вокруг бытовых электроприборов обычно значительно ниже рекомендуемых пороговых значений.
• Уровни электрического и магнитного поля от телевизоров и компьютерных мониторов (если пользователь находится на достаточном расстоянии от них) в сотни тысяч раз ниже рекомендуемых пороговых значений.
• Микроволновые печи, соответствующие стандартам качества, не представляют опасности для здоровья.
• Пока существуют ограничения на доступ населения к радарным установкам, радиоантеннам и базовым станциям мобильной связи, определенные пределы воздействия радиочастотных полей не будут превышены.
• Пользователи мобильных телефонов подвергаются воздействию полей, которые значительно превышают любые значения, зарегистрированные в обычной среде. Однако даже такие высокие уровни воздействия, по-видимому, не вызывают вредных последствий для здоровья.
• Многочисленные исследования подтвердили, что воздействие электромагнитных полей на уровне, встречающемся в окружающей человека среде, очень мало.

Стандарты устанавливаются для защиты нашего здоровья. Существуют хорошо известные стандарты для многих пищевых добавок, допустимых концентраций химических веществ в воде или концентраций загрязнителей воздуха. Аналогичным образом, существуют стандарты для электромагнитных полей, установленные для ограничения чрезмерного воздействия ЭМП, присутствующих в окружающей среде.

Кто устанавливает руководящие принципы для приемлемых уровней воздействия?

Страны устанавливают свои собственные национальные стандарты допустимого воздействия ЭМП. Однако в качестве основы для большинства национальных стандартов была принята Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP). Эта неправительственная организация, официально признанная ВОЗ, оценивает результаты научных исследований, проводимых во всем мире. На основе тщательного анализа имеющейся литературы ICNIRP разрабатывает рекомендации по приемлемым уровням облучения. Руководство регулярно подвергается критическому анализу и обновляется по мере необходимости.

Уровни ЭМП варьируются в диапазоне частот, и взаимосвязь между ними сложная. Перечисление всех значений для каждого стандарта и частоты было бы сложным для понимания. В следующей таблице приведены рекомендации по допустимым уровням воздействия в трех случаях, вызывающих особую озабоченность общественности: воздействие бытового электричества, базовых станций мобильной связи и микроволновых печей. В последний раз эти рекомендации были обновлены в апреле 1998 года.

Резюме Руководства ICNIRP по допустимым уровням воздействия ЭМП

Промышленная частота принята в Европе		Частота базовой станции мобильного телефона		Частота микроволн
Частота	50 Гц	50 Гц	900 МГц	1,8 ГГц	2,45 ГГц
Электрическое поле (В/м)	Магнитное поле (микротесла)	Плотность мощности (Вт/м2)	Плотность мощности (Вт/м2)	Плотность мощности (Вт/м2)
Пороги воздействия для населения в целом	5 000	100	4.5	9	10
Пороги воздействия на рабочем месте	10 000	500	22.5	45

ICNIRP, EMF guidelines [Guidelines for exposure limits to EMF], Health Physics No. 74, 494-522 (1998).

Рекомендуемые пороги воздействия, принятые в некоторых странах бывшего Советского Союза и в западных странах, могут отличаться в 100 и даже более раз. С глобализацией торговли и быстрым внедрением телекоммуникаций по всему миру возникла необходимость в некоем универсальном стандарте. Поскольку многие страны бывшего СССР в настоящее время работают над новыми стандартами, ВОЗ недавно объявила о глобальной инициативе по гармонизации рекомендуемых порогов воздействия. Будущие стандарты будут основаны на результатах Международного проекта ВОЗ по электромагнитным полям.

На чем основаны эти рекомендации?

Следует отметить, что рекомендуемый порог сам по себе не проводит четкой границы между безопасным и опасным. Не существует единого уровня, при превышении которого воздействие представляет риск для здоровья. Напротив, потенциальный риск для здоровья человека прогрессивно возрастает по мере увеличения уровня воздействия. В этих рекомендациях говорится, что, согласно имеющимся научным данным, воздействие ЭМП ниже определенного порогового значения не является опасным. Однако из этого не следует автоматически, что если воздействие превышает этот конкретный порог, то оно обязательно опасно.

Тем не менее, для того чтобы установить пределы воздействия, ученые-исследователи должны определить порог, при котором начинают проявляться первые неблагоприятные последствия для здоровья. Поскольку людей нельзя использовать для экспериментов, при разработке рекомендаций необходимо полностью полагаться на результаты экспериментов на животных. Небольшие изменения в поведении животных при низких уровнях воздействия часто предшествуют более драматическим изменениям в состоянии здоровья при более высоких уровнях воздействия. Поведенческие отклонения являются очень точным показателем биологической реакции и были выбраны в качестве наименее обнаруживаемого неблагоприятного воздействия на здоровье. Руководство рекомендует избегать уровней воздействия ЭМП, при которых изменения в поведении становятся заметными.

Этот пороговый уровень воздействия с точки зрения изменения поведения не равен пороговому уровню, рекомендованному в руководстве. ICNIRP использует коэффициент безопасности 10 при установлении пределов воздействия для лиц определенных профессий и коэффициент 50 для расчета рекомендуемых пределов для населения в целом. Например, в радиочастотном и микроволновом диапазоне максимальные уровни, встречающиеся в окружающей среде или дома, как минимум в 50 раз ниже пороговых значений, при которых у животных наблюдаются поведенческие изменения.

Почему для некоторых профессий действуют менее строгие ограничения на уровни воздействия, чем для населения в целом?

Люди, которые в силу своей профессии должны подвергаться воздействию полей, – это взрослые, привыкшие работать в условиях ЭМП, с которыми они знакомы. Они были обучены понимать потенциальные риски, связанные с такой работой, и принимать соответствующие меры предосторожности. С другой стороны, широкая общественность состоит из людей разного возраста и состояния здоровья. Во многих случаях обычные люди даже не знают, что подвергаются воздействию электромагнитных полей. Кроме того, не следует ожидать, что каждый человек будет принимать меры, чтобы избежать или минимизировать воздействие вредных полей. Именно по этим причинам для населения в целом приняты более строгие ограничения по допустимому уровню воздействия, чем для тех, кто подвергается воздействию ЭМП в силу своей профессиональной деятельности.

Как упоминалось выше, ЭМП низкой частоты вызывают токи в человеческом организме (см. “Краткое описание воздействия на здоровье”). Однако различные биохимические реакции в самом человеческом организме также генерируют токи. Клетки и ткани не смогут распознать индуцированные токи, если они ниже этого фонового уровня. Поэтому в отношении низкочастотных полей руководящие принципы по допустимым уровням воздействия гласят, что уровень токов, индуцированных электромагнитными полями, должен быть ниже уровня токов, естественно генерируемых в организме человека.

Основным эффектом радиочастотной энергии является нагрев тканей. Поэтому пороги воздействия радиочастотных и микроволновых полей устанавливаются для предотвращения вредного воздействия на здоровье при местном или общем нагреве тела (см. “Краткое описание воздействия на здоровье”). Соблюдение этих рекомендаций гарантирует, что воздействие нагревания будет достаточно мягким и, следовательно, не опасным.

Что нельзя предугадать в руководящих принципах?

В настоящее время предположения о возможных долгосрочных негативных последствиях для здоровья не могут служить основой для разработки соответствующих руководящих принципов или стандартов. Подводя итоги научных исследований, можно сказать, что данные не свидетельствуют о том, что электромагнитные поля вызывают долгосрочные вредные последствия, такие как рак. Национальные и международные органы устанавливают и обновляют стандарты на основе последних научных знаний с целью защиты здоровья человека от известных вредных воздействий.

Руководящие принципы разрабатываются в интересах определенного “среднего” населения и не могут напрямую учитывать потребности меньшинства, которое может быть более уязвимым. Например, рекомендации по допустимым уровням загрязнения воздуха не учитывают особые потребности людей с астмой. Аналогичным образом, рекомендации по ЭМП не предназначены для защиты людей от воздействия имплантируемых медицинских электронных устройств, таких как кардиостимуляторы. Вместо этого таким пациентам следует обратиться за советом о том, как избежать возможных побочных эффектов, к производителям и врачам, имплантировавшим устройство.

Каковы типичные максимальные уровни воздействия дома и в окружающей среде?

Некоторая практическая информация поможет вам оценить вышеуказанные уровни воздействия, установленные в международных руководствах. В таблице ниже представлена информация о наиболее распространенных источниках ЭМП. Все приведенные значения являются максимально допустимыми уровнями для населения в целом. Уровень воздействия в вашем случае, скорее всего, будет гораздо ниже. Чтобы узнать больше об уровнях поля вокруг конкретного электрооборудования, мы рекомендуем обратиться к разделу Типичные уровни воздействия в домах и помещениях.

Источник	Типичная максимальная экспозиция для населения в целом
Электрическое поле (В/м)	Индукция магнитного поля (микротесла)
Природные месторождения	200	70 (магнитное поле Земли)
Сетевое электроснабжение в домах, не расположенных вблизи линий электропередач (ЛЭП)	100	0.2
Сетевое питание под большими линиями электропередач	10 000	20
Автопоезда и трамваи	300	50
Телевизоры и компьютерные мониторы (на соответствующем расстоянии от них)	10	0.7
Типичная максимальная экспозиция для населения в целом (Вт/м2)
Телевизионные и радиопередающие станции	0.1
Базовые станции мобильной связи	0.1
Радары	0.2
Микроволновые печи	0.5

Источник: Европейское региональное бюро ВОЗ

Как руководящие принципы применяются на практике и кто контролирует этот процесс?

В обязанности государственных учреждений и местных органов власти входит проверка уровней поля вокруг линий электропередач, базовых станций мобильной связи и других источников, к которым население имеет неограниченный доступ. Они должны обеспечить соблюдение руководящих принципов.

Для электронных устройств производители несут ответственность за соблюдение стандартных ограничений. Однако, как упоминалось выше, характеристики большинства устройств таковы, что излучение от них значительно ниже даже низких значений воздействия. Кроме того, многие ассоциации потребителей регулярно тестируют устройства. Если вы особенно обеспокоены или обеспокоены, мы рекомендуем вам связаться непосредственно с производителем или обратиться с запросом в местный орган здравоохранения.

Опасны ли уровни воздействия выше рекомендуемых пороговых значений?

Съесть банку клубничного варенья до истечения срока годности совсем не опасно. Но если вы съедите варенье позже, производитель не гарантирует вам качественный продукт. Однако обычно варенье можно смело употреблять даже через несколько недель или месяцев после истечения срока годности. Аналогичным образом, руководящие принципы по ЭМП гарантируют отсутствие общеизвестных вредных последствий для здоровья в пределах установленных порогов воздействия. При установлении уровня, который, как правило, считается вызывающим вредное воздействие на здоровье, был применен значительный коэффициент безопасности. Поэтому, даже если вы подвергаетесь воздействию поля, которое в несколько раз превышает определенный порог, ваше облучение все равно будет в пределах безопасной нормы.

В повседневных ситуациях большинство людей не подвергаются воздействию ЭМП выше определенного порога. Нормальные уровни воздействия значительно ниже этих значений. Однако бывают ситуации, когда человек в течение короткого периода времени подвергается воздействию уровней, близких или даже превышающих рекомендуемые пороговые значения. Согласно ICNIRP, воздействие радиочастотных и микроволновых полей должно быть усреднено по времени для понимания кумулятивного эффекта. В руководстве по воздействию таких полей прямо упоминается усреднение по времени (шесть минут), а воздействие выше пороговых значений рассматривается как приемлемое краткосрочное воздействие.

В отличие от этого, в рекомендациях по воздействию низкочастотных электрических и магнитных полей нет усреднения по времени. Еще больше усложняет картину наличие так называемого фактора связи. Это относится к взаимодействию между электрическими и магнитными полями и телом, подвергающимся их воздействию. Коэффициент связи зависит от размера и формы тела, типа ткани и положения тела в пространстве относительно поля. Эти рекомендации, безусловно, консервативны: ICNIRP всегда исходит из того, что между полем и пострадавшим человеком существует максимальная связь. Поэтому рекомендуемые пороговые уровни обеспечивают максимальную защиту людей. Например, даже если уровень магнитного поля фена или электробритвы превышает рекомендуемые уровни, очень слабая связь между полем и головкой предотвращает индукцию электрических токов, которые превысили бы установленные предельно допустимые уровни.

Руководящие принципы

• Руководящие принципы, разработанные ICNIRP, основаны на современных научных знаниях. Большинство стран используют эти международные рекомендации для разработки своих национальных стандартов.
• Стандарты на низкочастотные ЭМП предусматривают, что уровень наведенных токов должен быть ниже нормальных фоновых токов в организме человека. Стандарты для радиочастотных и микроволновых полей установлены на таком уровне, который гарантирует отсутствие негативных последствий для здоровья от местного или общего нагрева тела.
• Данные рекомендации не обеспечивают защиту от возможного воздействия медицинского электрооборудования.
• Максимальные уровни воздействия в повседневной жизни обычно значительно ниже рекомендуемых пороговых значений.
• Благодаря значительному фактору безопасности, воздействие выше установленных пороговых значений не обязательно окажется вредным для здоровья. Кроме того, усреднение по времени для высокочастотных полей и предположение о максимальной связи для низкочастотных полей еще больше расширяют пределы безопасности.

По мере накопления научных данных вероятность того, что воздействие ЭМП представляет серьезный риск для здоровья, уменьшается. Однако определенная степень неопределенности сохраняется. Некогда чисто научные дебаты о том, как интерпретировать противоречивые данные, переросли в дискуссию о том, что это важный общественный и политический вопрос.

Общественные дебаты об электромагнитных полях сосредоточены на потенциальном вреде, наносимом такими полями, и часто упускают из виду преимущества, связанные с технологическим использованием электромагнитных полей. Без электричества наша жизнь остановилась бы. Аналогичным образом, телевидение и радио стали само собой разумеющимся фактом современной жизни. Очень важно проанализировать баланс стоимости и потенциальных рисков.

Защита здоровья населения

Международные рекомендации и национальные стандарты по безопасным уровням воздействия электромагнитных полей основаны на современных научных знаниях и направлены на то, чтобы поля, с которыми сталкиваются люди, не нанесли вреда их здоровью. Для того чтобы учесть некоторые неопределенности в знаниях (напр. в результате экспериментальных ошибок, экстраполяции данных от животных к человеку или вследствие статистической ошибки), при установлении допустимых порогов воздействия должны применяться значительные коэффициенты безопасности.

Руководство должно регулярно подвергаться критическому анализу и обновляться по мере необходимости. Учитывая неопределенность, рекомендуется придерживаться дополнительных мер предосторожности в качестве эффективного подхода, который можно применять до тех пор, пока наука не пополнит наши знания о воздействии ЭМП на здоровье. Однако выбор конкретного подхода, основанного на принципе предосторожности, и степень его применения во многом зависят от силы доказательств рисков для здоровья, а также от величины и характера возможных последствий. Меры предосторожности должны быть соразмерны потенциальным рискам.

Был разработан ряд стратегий по продвижению мер предосторожности для привлечения внимания к проблемам общественного здравоохранения, профессиональной и экологической безопасности в связи с химическими и физическими опасностями.

Поскольку исследования в этой области все еще продолжаются, что можно порекомендовать?

Одна из целей международного проекта по ЭМП – помочь национальным органам власти сбалансировать преимущества использования технологий, основанных на ЭМП, с возможным обнаружением рисков для здоровья от их применения. Кроме того, ВОЗ даст рекомендации по защитным мерам, если это необходимо. Проведение необходимых научных исследований, оценка результатов и их публикация займут несколько лет. Тем временем ВОЗ разработала ряд рекомендаций, приведенных ниже:

Читайте далее:

• Урок 7 Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. колебательный контур – физика – 11 класс – Русская электронная школа.
• Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряда.
• Значение слова ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЦИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОТЕХНИКА?.
• Многоликий протон.
• Урок 28 Электрическая емкость. Конденсатор – Физика – 10 класс – Российская электронная школа.
• 22. Разность потенциалов электростатического поля. Напряжение. Связь между напряженностью и напряженностью однородного электростатического поля: Разница потенциалов.
• Электрическое поле; FIZI4KA.