Электромагнитные поля и излучения.
На практике при
характеристике электромагнитной
обстановки используют термины
«электрическое поле», «электромагнитное
поле». Электрическое поле создается
заряженными телами, а магнитное поле
создается при движении электрических
зарядов по проводнику. Для характеристики
величины электрического поля используются
понятия напряженность
электрического
поля
(обозначение
),
единица измерения - В/м.
Величина магнитного
поля характеризуется напряжённостью
магнитного
поля (
),
единица - А/м. Эти величины векторные,
их направления взаимно перпендикулярны.
При распространении
излучения в свободном пространстве
(вакуум) эти величины связаны соотношением
,
где 367,7 - волновое сопротивление вакуума,
Ом.
При распространении
ЭМВ в поле переносится энергия в
направлении, перпендикулярном плоскости
с векторами
и
.
Вектор плотности потока энергии –
вектор Умова-Пойнтинга характеризует
поток ЭМ энергии, проходящий через
единичную поверхность в единицу времени
(Вт/м2):
.
По определению ЭМП – это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что изменяющиеся во времени электрическое поле порождает магнитное поле , а изменяющееся магнитное поле - вихревое электрическое: обе компоненты и , непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электормагнитных волн – ЭМВ, не исчезая с устранением источника.
ЭМВ характеризуется частотой, которая связана с длиной волны через волновое уравнение:
,
V
- скорость распространения ЭМВ,
- длина волны.
Пространство около источника ЭМП делится на три зоны:
В ближней зоне (зона индукции), расположенной на расстоянии от источника r</2π ЭМП можно считать квазистатическим. В ближней зоне напряженность поля быстро убывает с расстоянием. В ближней зоне излучения электромагнитная волна еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения переменного электрического поля и переменного магнитного поля производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих волн, ответственных за излучение.
Промежуточная зона (зона интерференции) – на расстоянии /2π< r< 2π.
Дальняя зона (зона излучения) - это зона сформировавшейся ЭМВ, которая начинается с расстояния r>2π. В дальней зоне интенсивность поля убывает обратно расстоянию до источника. В дальней зоне излучения устанавливается связь между и .
Природные источники эмп
По происхождению природные источники ЭМП делятся на две группы:
1. Поле Земли: постоянное электрическое и основное (или постоянное) магнитное поле.
2. Радиоволны, генерируемые:
а) космическими источниками (Солнце, галактики и пр.);
б) некоторыми процессами, происходящими в атмосфере Земли (например, разряды молнии, ионосферные процессы).
Естественное электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на её поверхности, его напряжённость на открытой местности обычно находится в диапазоне от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряжённость этого поля до десятков-сотен кВ/м.
Геомагнитное поле Земли состоит из основного (постоянного) поля и переменного поля. Существование постоянного магнитного поля объясняют процессами, протекающими в жидком металлическом ядре Земли. Оно ориентировано относительно магнитных полюсов планеты, не совпадающих с её географическими полюсами. Напряжённость геомагнитного поля убывает от магнитных полюсов (55.7 А/м) к магнитному экватору (33.4 А/м).
В средних широтах его напряженность примерно 40 А/м. Основное магнитное поле испытывает лишь медленные так называемые вековые изменения.
Переменное геомагнитное поле, порождаемое токами в магнитосфере и ионосфере, более неустойчиво. Процессы в магнитосфере вызывают колебания геомагнитного поля в широком диапазоне частот: от 10-5 до 102 Гц, их амплитуда может достигать сотых долей А/м. Сильные возмущения магнитосферы - магнитные бури - многократно увеличивают амплитуду переменной составляющей геомагнитного поля.
Излучения космических радиоисточников характеризуются наличием широкого диапазона частот. В силу относительно низкого уровня излучения их суммарный эффект воздействия на человека незначителен.
Человеческое тело также излучает электромагнитные поля с частотой выше 300 ГГц с плотностью потока энергии порядка 3 мВт/м2. Принимая, что общая площадь поверхности среднего человеческого составляет 1.8 м2, получаем, что общая излучаемая энергия равна приблизительно 5.4 мВт.