Электромагнитное поле

Введение

Электромагнитное поле (ЭМП) — это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.
Электрическое и магнитное поле взаимосвязаны друг с другом и могут порождать одно другое — именно поэтому, как правило, о них говорят вместе как об одном, электромагнитном поле.
Актуальность темы реферата заключается в том, что мы живем в электромагнитном мире, насыщенном различными благами цивилизации и научно-технического прогресса. Электромагнитное взаимодействие представляется сегодня одним из фундаментальных взаимодействий в физике, а электромагнитное поле — одно из фундаментальных физических полей наряду с гравитационным и фермионным.
Электрические и магнитные явления известны человечеству с античных времен, ведь все же видели молнию, и многие древние знали о магнитах, притягивающих некоторые металлы.
Цель работы – более полное изучение электромагнитного поля.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть открытие электромагнитного поля, источники ЭМП и их влияние на человека, применение электромагнитных полей, общую характеристику электромагнитного поля, физические величины, которые характеризуют ЭМП, физические свойства ЭМП, а также уравнения Максвелла для электромагнитного поля и другие моменты.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (две главы), заключение и библиографический список, состоящий из пяти источников литературы.
1. Общие сведения об электромагнитном поле
1.1 Открытие электромагнитного поля
Изучение магнитного поля началось в 1269 году, когда французский учёный Пётр Перегрин (рыцарь Пьер из Мерикура) отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» по аналогии с полюсами Земли.
Эрстед в своих экспериментах только в 1819 году обнаружил отклонение стрелки компаса, расположенного вблизи проводника с током, и тогда ученым был сделан вывод о том, что существует некая взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями.
В 1864 году, Максвелл сумел обобщить математически уже известные электрические и магнитные явления, - он создал теорию электромагнитного поля, согласно которой электромагнитное поле включает в себя взаимосвязанные электрическое и магнитное поля. Так, благодаря Максвеллу, стало возможным научное математическое объединение результатов предшествующих экспериментов в электродинамике.1
Максвелл же создал математическую основу электромагнетизма, и в 1884 году появились знаменитые уравнения Максвелла в современной форме. В 1887 году Герц подтвердит теорию Максвелла относительно электромагнитных волн: приемник зафиксирует посланные передатчиком электромагнитные волны.
1.2 Источники ЭМП и их влияние на человека
Источники ЭМП могут быть естественные и антропогенные.
Природные (естественные) источники электромагнитных полей делят на следующие группы:
• электрическое и магнитное поле Земли;
• радиоизлучение Солнца и галактик (реликтовое излучение, равномерно распространенное во Вселенной);
• атмосферное электричество;
• биологический электромагнитный фон.
Антропогенные источники электромагнитных полей делятся на 2 группы:
• источники низкочастотных излучений (0 - 3 кГц);
• источники высокочастотных излучений (от 3 кГц до 300 ГГц).
Первая группа включает в себя все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередачи, трансформаторные подстанции, электростанции, различные кабельные системы), домашнюю и офисную электро- и электронную технику, в том числе и мониторы персональных компьютеров, транспорт на электроприводе, ж/д транспорт и его инфраструктуру, а также метро, троллейбусный и трамвайный транспорт.
Ко второй группе относятся функциональные передатчики - источники электромагнитного поля в целях передачи или получения информации.
Основными техногенными источниками являются:
• бытовые телеприёмники, СВЧ-печи, радиотелефоны и т.п

. устройства;
• электростанции, энергосиловые установки и трансформаторные подстанции;
• широкоразветвлённые электрические и кабельные сети;
• радиолокационные, радио- и телепередающие станции, ретрансляторы;
• компьютеры и видеомониторы;
• воздушные линии электропередач (ЛЭП).
Особенностью облучения в городских условиях является воздействие на население как суммарного электромагнитного фона (интегральный параметр), так и сильных ЭМП от отдельных источников (дифференциальный параметр).
ЭМП влияют на любые биологические организмы — на растения, насекомых, животных, людей. Ученые, изучающие влияние электромагнитных полей на человека, пришли к выводу, что длительное и регулярное воздействие электромагнитных полей может привести к:
• повышенной утомляемости, нарушениям сна, головным болям, снижению давления, снижению частоты пульса;
• нарушениям в иммунной, нервной, эндокринной, половой, гормональной, сердечно-сосудистой системах;
• развитию онкологических заболеваний;
• развитию заболеваний центральной нервной системы;
• аллергическим реакциям.
1.3 Применение электромагнитных полей
Использование необычных свойств ЭМП в электромагнитных устройствах позволяет управлять большими потоками энергии, создавать сложные быстродействующие кибернетические системы управления и вычислительные машины, передавать огромные объемы информации на большие расстояния, в т. ч. посылать сигналы на сотни миллионов километров в космическое пространство, и т.д.
Примером достижений современной техники, связанных с использованием ЭМп, являются работы по предсказанию, обнаружению и исследованию бесщелевых полупроводников и экситонных фаз, получившие в 1983 г. Государственную премию СССР.2
Бесщелевые полупроводники – это, по существу, новый тип вещества.
Все современные технологии непосредственно связаны с использование ЭМП. Например, фантастические возможности применения магнитных полей открывает явление высокотемпературной проводимости. Сверхпроводящие магниты – это мощные магнитные поля, достаточные для удержания термоядерной плазмы, что позволит в будущем отказаться от использования нефти, газа, урана.
2. Сущность и характеристика электромагнитного поля
2.1 Общая характеристика электромагнитного поля
На ЭМП как на вид материи распространяются понятия, относящиеся к свойствам вещества: инерция, гравитационная масса и энергия, количество движения и момент количества движения.
Наличие инертной массы ЭМП подтверждается опытами великого русского физика П.Н. Лебедева, обнаружившего световое давление на твёрдые тела (1899) и газы (1907). Инертная масса ЭМП имеет ничтожную плотность.
Электромагнитное поле является носителем гравитационной массы, что подтверждается искривлением светового луча в поле тяготения Солнца, замеченным во время солнечного затмения (1919), а также тем, что энергия (скорость) луча увеличивается при движении вниз к Земле и уменьшается при движении вверх от Земли (опыт Пандау, 1960). (опыт Пандау, 1960).
Электромагнитное поле обладает энергией, так как при взаимодействии с заряженными частицами их энергия изменяется и, следовательно, передаётся электромагнитному полю и наоборот. Движение энергии ЭМП количественно оценивается вектором Пойнтинга.3
2.2 Физические величины, характеризующие ЭМП
Напряжённость электрического поля является силовой характеристикой электрического поля, которая показывает, какая сила действует на единичный точечный заряд q, помещённый в это поле, т.е.
, (2.1)
Силовые линии электрического поля начинаются и заканчиваются на свободных и связанных зарядах (Рисунок 2.1). Из Рисунка 2.1 видно, что некоторые силовые линии вектора (сплошные линии) на границе раздела претерпевают скачкообразное изменение, создавая тем самым неудобства при расчёте электростатических полей