Министерство образования и науки
Российской Федерации
БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. Шухова
Основы электромагнитной безопасности
Методические указания к выполнению
практических работ
для студентов направления 280700.62- Радиационная
и электромагнитная безопасность
Белгород
2014
Министерство образования и науки Российской Федерации
Белгородский государственный
технологический университет им. В. Г. Шухова
Кафедра электроэнергетики и автоматики
Утверждено
научно-методическим советом
университета
Основы электромагнитной безопасности
Методические указания к выполнению
практических работ
для студентов направления 280700.62- Радиационная
и электромагнитная безопасность
Белгород
2014
УДК 621.3 (07)
ББК 31.2 я7
Т 54
Составитель доцент М.Ю. Михайлова
Рецензент канд. техн. наук, кафедры «Электроэнергетика и автоматика» А.А. Виноградов
Т 54 |
Основы электромагнитной безопасности. Методические указания к выполнению практических работ для студентов направления 280700.62 – Радиационная и электромагнитная безопасность/ сост.: М. Ю. Михайлова – Белгород: Изд-во БГТ У, 2014, 82 с. |
Методические указания составлены в соответствии с программами обучения по дисциплине «Основы электромагнитной безопасности» и предназначены для студентов направления 280700.62 – Радиационная и электромагнитная безопасность, а также для студентов неэлектрических направлений обучения.
Издание публикуется в авторской редакции.
УДК 621.3 (07)
ББК 31.2 я7
© Белгородский государственный
технологический университет
(БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2014
Содержание Введение
Электромагнитное поле ‑ это вид материи, определенный во всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его стороны, называемые соответственно электрическим и магнитным полем, и оказывающие силовое воздействие на заряженные частицы, зависящее от их скорости и заряда.
Электромагнитный импульс представляет собой распространяющиеся в пространстве, с конечной скоростью, взаимосвязанные, не могущие существовать друг без друга, переменные электрическое и магнитное поле.
Свойства электромагнитного поля:
1) существует вокруг заряженной частицы и без ней;
2) электромагнитное поле имеет двойственную природу, характеризуемую:
‑ волновыми свойствами;
‑ квантовые свойствами.
3) является носителем определенного количества энергии;
4) обладает массой и давлением.
Квантовые свойства электромагнитного поля характеризуется энергией кванта:
,
где h=6,626•10-34 Дж∙с- постоянная планка, v ‑ частота излучения, Гц.
Волновые свойства электромагнитного поля описываются частотой f и длиной волны λ:
а ) в проводящей среде:
б) в однородном изотропном диэлектрике:
,
где
.
Электромагнитная волна представляют собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды, в которой они распространяются.
Для
вакуума
,
скорость распространения электромагнитной
волны можно определить по следующей
формуле:
,
т.е. равна скорости света. Длина электромагнитной волны определяется по следующей формуле:
.
Таким образом, каждому виду излучения соответствует определенная частота и длина волны. Токи различного диапазона частот, создают в воздухе излучения, имеющие однотипную электромагнитную природу. Различия в длине волны и частоте колебаний и значений в величине энергии кванта.
В электрических цепях могут быть токи и напряжения постоянные по величине и направлению; постоянные по направлению, но переменные по величине; периодически изменяющиеся по величине и направлению; импульсного характера. Переменные токи и напряжения различной формы создают в пространстве, окружающем электрические цепи, переменные электрические и магнитные поля. Характер изменения этих полей соответствует характеру изменения электрического напряжения и тока в рассматриваемой цепи.
Если в проводе имеются переменные напряжения U и ток I, то электрическое поле можно представить в виде силовых линий, начинающихся в проводе и заканчивающихся на поверхности земли.
В земле электрического поля, создаваемого напряжением провода U, нет, поэтому кабельные линии, проложенные в земле, электрическому влиянию не подвержены.
Силовые линии магнитного поля, создаваемого током I, замыкаясь по концентрическим окружностям вокруг провода, проникают и в землю, поэтому кабельные линии в земле, так же как и воздушные, подвергаются воздействию магнитного поля.
Электромагнитное
поле в каждой точке характеризуется
четырьмя векторными величинами:
напряженностью электрического поля
,
В/м, электрической индукцией
,
Кл/м2, напряженностью магнитного поля
,
А/м, магнитной индукцией
,
Тл (тесла).
Составляющие электрического поля ( , ) и магнитного поля ( , ) находятся во взаимной зависимости.
Для поля в вакууме имеем:
;
,
где
–
электрическая постоянная, равная
8,85х10-12 , Ф/м;
–
магнитная постоянная, равная 1,26х10-6 ,
Г/м.
Взаимосвязь векторов электромагнитного поля основывается на следующих четырех положениях.
Закон
полного тока:
;
знак у интеграла означает, что
интегрирование производится по замкнутому
контуру; полный ток iп
включает в себя ток проводимости и ток
смещения
.
Отсюда
следует, что всякое изменение электрического
поля во времени
вызывает появление магнитного поля.
Закон электромагнитной индукции, который устанавливает связь между ЭДС, индуктируемой в контуре, и магнитным потоком, пересекающим этот контур
;
.
Из
этих формул видно, что всякое изменение
магнитного поля во времени
приводит к появлению электрического
поля.
Теорема Остроградского-Гауса, которая устанавливает связь между потоком вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность и электрическим зарядом, расположенным внутри этой поверхности, имеет вид N=Q/ε0.
Если Q = 0, то N = 0, то есть электрическое поле может возникнуть только в результате изменения магнитного потока.
Принцип
непрерывности магнитного потока,
который выражается в том, что полный
поток магнитной индукции через любую
замкнутую поверхность равен нулю, то
есть вошедший внутрь любого объема
магнитный поток равен магнитному потоку,
вышедшему из того же объема, или
математически
,
здесь интеграл берется по замкнутой
поверхности.
Согласно ГОСТ Р 50397-2011 в электромагнитной совместимости технических средств приняты следующие основные понятия и определения, которые рекомендуются во всех видах документации.
Электромагнитная обстановка (ЭМО) – совокупность электромагнитных явлений, существующих в данном месте. В общем, ЭМО зависит от времени и для ее описания может требоваться статистический подход.
Электромагнитный шум – изменяющееся во времени электромагнитное явление, которое не содержит информации и может налагаться на полезный сигнал или объединяться с полезным.
Нежелательный сигнал – сигнал, который может ухудшить прием полезного сигнала.
Мешающий сигнал – сигнал, который ухудшает прием полезного сигнала.
Электромагнитная помеха или просто помеха – любое электромагнитное явление, которое может ухудшить качество функционирования технического средства.
Влияние электромагнитной помехи – ухудшение качества функционирования технического средства или канала передачи, вызванное электромагнитной помехой.
Электромагнитная совместимость (ЭМС) технических средств – способность технического средства функционировать с заданным качеством в заданной ЭМО и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам.
Электромагнитная эмиссия – явление, при котором электромагнитная энергия исходит от источника.
Естественный шум – электромагнитный шум, источником которого является природное явление, а не устройства, созданные человеком.
Индустриальный шум – электромагнитный шум, источником которого являются технические средства.
Устойчивость к электромагнитной помехе (помехоустойчивость) – способность технического средства сохранять заданное качество функционирования при воздействии на него внешних помех с регламентируемыми значениями параметров.
Электромагнитная восприимчивость – неспособность технического средства функционировать без ухудшения качества при наличии электромагнитных помех. Восприимчивость представляет собой недостаточную устойчивость к электромагнитной помехе.
Электростатический разряд – перенос электростатического заряда между телам, электростатические потенциалы которых отличаются друг от друга, при их сближении или непосредственном контакте.
Эмиттер – техническое средство, вызывающее возрастание напряжения, токов или электромагнитных полей, которые могут действовать как электромагнитные помехи.
Восприимчивое техническое средство – техническое средство, функционирование которого может быть ухудшено при воздействии электромагнитной помехи.
Переходный процесс – явление или величина, изменяющиеся между двумя соседними стационарными состояниями, за интервал времени, короткий по сравнению с полной рассматриваемой шкалой времени.
Импульсный шум – шум, который проявляется в тракте конкретного технического средства как последовательность отдельных импульсов или переходных процессов.
Импульсная помеха – электромагнитная помеха, которая проявляется в тракте конкретного устройства, как последовательных отдельных импульсов или переходных процессов.
Непрерывный шум – шум, воздействие которого на конкретное техническое средство не может быть представлено как последовательность отдельных воздействий.
Непрерывная помеха – электромагнитная помеха, воздействие которой на конкретное техническое средство не может быть представлено как последовательность отдельных воздействий.
Квазиимпульсный шум – шум, который эквивалентен сложению импульсного шума и непрерывного шума.
Прерывистое влияние помехи – влияние электромагнитной помехи, длящееся в течение определенных периодов времени, разделенных интервалами, свободными от влияния помех.
Случайный шум – шум, значения которого в данные моменты времени непредсказуемы.
Кратковременная помеха – электромагнитная помеха, продолжительность которой, измеренная в регламентированных условиях, не превышает определенного значения.
Частота следования кратковременных помех – число кратковременных помех за единицу времени, обычно минуту, которые превышают определенный уровень