Як утворюється електромагнітне поле. Рівняння ЕМП в інтегральній формі

Електрика навколо нас

Електромагнітне поле (визначення з БСЕ)- це особлива форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між електрично зарядженими частинками. Виходячи з цього визначення не зрозуміло, що є первинним - існування заряджених частинок або наявність поля. Можливо тільки завдяки наявності електромагнітного поля частинки можуть отримувати заряд. Так само як і в історії з куркою та яйцем. Суть у тому, що заряджені частинки та електромагнітне поле невіддільні одна від одної та одна без одної існувати не можуть. Тому визначення не дає нам з вами можливості зрозуміти суть явища електромагнітного поля та єдине, що слід запам'ятати, що це особлива форма матерії! Теорія електромагнітного поля була розроблена Джеймсом Максвеллом у 1865 р.

Що таке електромагнітне поле? Можна уявити, що ми живемо в електромагнітному Всесвіті, який весь і повністю пронизаний електромагнітним полем, а різні частинки і речовини в залежності від своєї будови і властивостей під впливом електромагнітного поля набувають позитивного або негативного заряду, накопичують його, або залишаються електронейтральними. Відповідно електромагнітні поля можна розділити на два види: статичне, тобто випромінюване зарядженими тілами (частинками) і невід'ємне від них; динамічний, що поширюється у просторі, будучи відірваним від джерела, що випромінює його. Динамічне електромагнітне поле у фізиці представляється у вигляді двох взаємноперпендикулярних хвиль: електричної (Е) та магнітної (Н).

Той факт, що електричне поле породжується змінним магнітним полем, а магнітне поле - змінним електричним, призводить до того, що електричні та магнітні змінні поля не існують окремо один від одного. Електромагнітне поле нерухомих або заряджених частинок, що рівномірно рухаються, безпосередньо пов'язане з самими частинками. При прискореному русі цих заряджених частинок електромагнітне поле "відривається" від них і існує незалежно у формі електромагнітних хвиль, не зникаючи з усуненням джерела.

Джерела електромагнітних полів

Природні (природні) джерела електромагнітних полів

Природні (природні) джерела ЕМП ділять такі групи:

електричне та магнітне поле Землі;

радіо випромінювання Сонця та галактик (реліктове випромінювання, рівномірно поширене у Всесвіті);

атмосферну електрику;

біологічне електромагнітне тло.

Магнітне поле землі.Розмір геомагнітного поля Землі змінюється по земній поверхні від 35 мкТл на екваторі до 65 мкТл поблизу полюсів.

Електричне поле Земліспрямовано нормально до земної поверхні, зарядженої негативно щодо верхніх шарів атмосфери. Напруженість електричного поля біля Землі становить 120…130 В/м і зменшується з висотою приблизно експоненційно. Річні зміни ЕП подібні за характером на всій Землі: максимальна напруженість 150...250 В/м у січні-лютому і мінімальна 100...120 В/м у червні-липні.

Атмосферна електрика– це електричні явища у земній атмосфері. У повітрі (посилання) завжди є позитивні та негативні електричні заряди – іони, що виникають під дією радіоактивних речовин, космічних променів та ультрафіолетового випромінювання Сонця. Земна куля заряджена негативно; між ним та атмосферою є велика різниця потенціалів. Напруженість електростатичного поля різко зростає під час гроз. Частотний діапазон атмосферних розрядів лежить між 100 Гц та 30 МГц.

Позаземні джерелавключають випромінювання поза атмосфери Землі.

Біологічні електромагнітні фону.Біологічні об'єкти, як і інші фізичні тіла, при температурі вище за абсолютного нуля випромінюють ЕМП в діапазоні 10 кГц – 100 ГГц. Це хаотичним рухом зарядів – іонів, у тілі людини. Щільність потужності такого випромінювання в людини становить 10 мВт/см2, що дає дорослого сумарну потужність 100 Вт. Людське тіло також випромінює ЕМП із частотою 300 ГГц із щільністю потужності близько 0,003 Вт/м2.

Антропогенні джерела електромагнітних полів

Антропогенні джерела поділяються на 2 групи:

Джерела низькочастотних випромінювань (0 – 3 кГц)

Ця група включає всі системи виробництва, передачі та розподілу електроенергії (лінії електропередачі, трансформаторні підстанції, електростанції, різні кабельні системи), домашню і офісну електро- та електронну техніку, в тому числі і монітори ПК, транспорт на електроприводі, ж/д транспорт та його інфраструктуру, а також метро, тролейбусний та трамвайний транспорт.

Вже сьогодні електромагнітне поле на 18-32% території міст формується внаслідок автомобільного руху. Електромагнітні хвилі, що виникають при русі транспорту, створюють перешкоди теле- і радіоприйому, а також можуть шкідливо впливати на організм людини.

Джерела високочастотних випромінювань (від 3 кГц до 300 ГГц)

До цієї групи належать функціональні передавачі - джерела електромагнітного поля для передачі або отримання інформації. Це комерційні передавачі (радіо, телебачення), радіотелефони (авто-, радіотелефони, радіо СВ, аматорські радіопередавачі, виробничі радіотелефони), спрямований радіозв'язок (супутниковий радіозв'язок, наземні релейні станції), навігація (повітряне сполучення, судноплавство, радіоточка), сполучення, судноплавство, транспортні локатори, контроль за повітряним транспортом). Сюди ж відноситься різне технологічне обладнання, що використовує НВЧ-випромінювання, змінні (50 Гц - 1 МГц) та імпульсні поля, побутове обладнання (НВЧ-печі), засоби візуального відображення інформації на електронно-променевих трубках (монітори ПК, телевізори та ін.) . Для наукових досліджень про медицину застосовують струми ультрависокої частоти. Електромагнітні поля, що виникають при використанні таких струмів, представляють певну професійну шкідливість, тому необхідно вживати заходів захисту від їх впливу на організм.

Основними техногенними джерелами є:

побутові телеприймачі, НВЧ-печі, радіотелефони тощо. пристрої;

електростанції, енергосилові установки та трансформаторні підстанції;

широкорозгалужені електричні та кабельні мережі;

радіолокаційні, радіо- та телепередавальні станції, ретранслятори;

комп'ютери та відеомонітори;

повітряні лінії електропередач (ЛЕП).

Особливістю опромінення у міських умовах є вплив населення як сумарного електромагнітного фону (інтегральний параметр), і сильних ЕМП від окремих джерел (диференціальний параметр).

Електромагнітне поле це такий вид матерії, яка виникає навколо зарядів, що рухаються. Наприклад, навколо провідника зі струмом. Електромагнітне поле складається з двох складових це електричне та магнітне поле. Незалежно один від одного вони не можуть існувати. Одне породжує інше. При зміні електричного поля відразу виникає магнітне.

Швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі V=C/EM

Де eі мвідповідно магнітна та діелектрична проникність середовища, в якому поширюється хвиля.
Електромагнітна хвиля у вакуумі поширюється зі швидкістю світла, тобто 300 000 км/с. Оскільки діелектрична та магнітна проникність вакууму вважається рівними 1.

За зміни електричного поля виникає магнітне поле. Оскільки електричне поле, що викликало його, не є незмінним (тобто змінюється в часі) то і магнітне поле також буде змінним.

Магнітне поле, що змінюється, у свою чергу породжує електричне поле і так далі. Таким чином, для наступного поля (неважливо буде воно електричне або магнітне) джерелом буде попереднє поле, а не початкове джерело, тобто провідник зі струмом.

Таким чином, навіть після відключення струму в провіднику електромагнітне поле продовжуватиме існувати і поширюватиметься у просторі.

Електромагнітна хвиля поширюється в просторі на всі боки від свого джерела. Можна собі уявити включенню лампочку, промені світла від неї поширюються на всі боки.

Електромагнітна хвиля при поширенні переносить енергію у просторі. Чим сильніший струм у провіднику викликав поле, тим більше енергія переноситься хвилею. Також енергія залежить від частоти хвиль, що випромінюються, при збільшенні її в 2,3,4 рази енергія хвилі збільшиться в 4,9,16 разів відповідно. Тобто енергія поширення хвилі пропорційна квадрату частоти.

Найкращі умови поширення хвиль створюються, коли довжина провідника дорівнює довжині хвилі.

Силові лінії магнітного та електричного полетимо взаємно перпендикулярно. Магнітні силові лінії охоплюють провідник зі струмом і завжди замкнуті.
Електричні силові лінії йдуть від одного заряду до іншого.

Електромагнітна хвиля – це завжди поперечна хвиля. Тобто силові лінії як магнітні, так і електричні лежать у перпендикулярній площині напряму поширення.

Напруженість електромагнітного поля - силова характеристика поля. Також напруженість, векторна величина, тобто у неї є початок і напрямок.
Напруженість поля спрямована по дотичній силовим лініям.

Оскільки напруженість електричного і магнітного поля перпендикулярні між собою, тобто правило, яким можна визначити напрямок поширення хвилі. При обертанні гвинта найкоротшим шляхом від вектора напруженості електричного поля до вектора напруженості магнітного поля поступальний рух гвинта вкаже напрямок поширення хвилі.

Шмельов В.Є., Сбітнєв С.А.

"ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ"

"ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПОЛЯ"

Глава 1. Основні поняття теорії електромагнітного поля

§ 1.1. Визначення електромагнітного поля та його фізичних величин.
Математичний апарат теорії електромагнітного поля

Електромагнітне поле(ЕМП) називається вид матерії, що надає на заряджені частинки силовий вплив і визначається у всіх точках двома парами векторних величин, які характеризують дві сторони - електричне і магнітне поля.

Електричне поле- це складова ЕМП, яка характеризується впливом на електрично заряджену частинку з силою, пропорційною до заряду частинки і не залежить від її швидкості.

Магнітне поле- це складова ЕМП, яка характеризується впливом на частину, що рухається, з силою, пропорційною заряду частинки та її швидкості.

Основні властивості та методи розрахунку ЕМП, що вивчаються в курсі теоретичних основ електротехніки, припускають якісне та кількісне дослідження ЕМП, що зустрічаються в електротехнічних, радіоелектронних та біомедичних пристроях. Для цього найбільш придатні рівняння електродинаміки в інтегральній та диференційній формах.

Математичний апарат теорії електромагнітного поля (ТЕМП) базується на теорії скалярного поля, векторному та тензорному аналізі, а також диференційному та інтегральному обчисленні.

Контрольні питання

1. Що таке електромагнітне поле?

2. Що називають електричним та магнітним полем?

3. На чому базується математичний апарат теорії електромагнітного поля?

§ 1.2. Фізичні величини, що характеризують ЕМП

Вектор напруженості електричного поля.у точці Qназивається вектор сили, що діє електрично заряджену нерухому частинку, поміщену в точку Qякщо ця частка має одиничний позитивний заряд.

Відповідно до цього визначення електрична сила, що діє на точковий заряд qдорівнює:

де E вимірюється у В/м.

Магнітне поле характеризується вектор магнітної індукції. Магнітна індукція в деякій точці спостереження Q- це векторна величина, модуль якої дорівнює магнітній силі, що діє на заряджену частинку, що знаходиться в точці Q, що має одиничний заряд і рухається з одиничною швидкістю, причому вектори сили, швидкості, магнітної індукції, а також заряд частки задовольняють умову

Магнітна сила, що діє на криволінійний провідник зі струмом, може бути визначена за формулою

На прямолінійний провідник, якщо він знаходиться в однорідному полі, діє наступна магнітна сила

У всіх останніх формулах B - Магнітна індукція, яка вимірюється в теслах (Тл).

1 Тл - це така магнітна індукція, при якій на прямолінійний провідник зі струмом 1А діє магнітна сила, що дорівнює 1Н, якщо лінії магнітної індукції спрямовані перпендикулярно провіднику зі струмом, і якщо довжина провідника дорівнює 1м.

Крім напруженості електричного поля та магнітної індукції в теорії електромагнітного поля розглядаються такі векторні величини:

1) електрична індукція D (електричне зміщення), яка вимірюється в Кл/м 2

Вектори ЕМП є функціями простору та часу:

де Q- точка спостереження, t- Момент часу.

Якщо точка спостереження Qзнаходиться у вакуумі, то між відповідними парами векторних величин мають місце наступні співвідношення

де - Абсолютна діелектрична проникність вакууму (основна електрична стала), = 8,85419 * 10 -12;

Абсолютна магнітна проникність вакууму (основна постійна магнітна); = 4π * 10 -7.

Контрольні питання

1. Що таке напруженість електричного поля?

2. Що називають магнітною індукцією?

3. Чому дорівнює магнітна сила, що діє на заряджену частинку, що рухається?

4. Чому дорівнює магнітна сила, що діє на провідник зі струмом?

5. Якими векторними величинами характеризується електричне поле?

6. Якими векторними величинами характеризується магнітне поле?

§ 1.3. Джерела електромагнітного поля

Джерелами ЕМП є електричні заряди, електричні диполі, електричні заряди, що рухаються, електричні струми, магнітні диполі.

Поняття електричного заряду та електричного струму наведено в курсі фізики. Електричні струми бувають трьох типів:

1. Струми провідності.

2. Струми усунення.

3. Струми перенесення.

Струм провідності- Швидкість проходження рухомих зарядів електропровідного тіла через деяку поверхню.

Струм зміщення- Швидкість зміни потоку вектора електричного зміщення через деяку поверхню.

Струм перенесенняхарактеризується наступним виразом

де v - швидкість перенесення тіл через поверхню S; n - Вектор одиничної нормалі до поверхні; - лінійна щільність заряду тіл, що пролітають через поверхню, у напрямку нормалі; ρ – об'ємна щільність електричного заряду; ρ v - Щільність струму перенесення.

Електричним диполемназивається пара точкових зарядів + qі - q, що знаходяться на відстані lодин від одного (рис. 1).

Точковий електричний диполь характеризується вектором електричного дипольного моменту:

Магнітним диполемназивається плоский контур з електричним струмом I.Магнітний диполь характеризується вектором магнітного дипольного моменту.

де S - Вектор площі плоскої поверхні, натягнутої на контур зі струмом. Вектор S спрямований перпендикулярно цій плоскій поверхні, причому, якщо дивитися з кінця вектора S , то рух по контуру в напрямку, що збігається з напрямком струму, відбуватиметься проти годинникової стрілки. Це означає, що напрямок дипольного магнітного моменту пов'язаний з напрямком струму за правилом правого гвинта.

Атоми та молекули речовини являють собою електричні та магнітні диполі, тому кожну точку речовинного типу в ЕМП можна характеризувати об'ємною щільністю електричного та магнітного дипольного моменту:

P - електрична поляризованість речовини:

M - намагніченість речовини:

Електрична поляризованість речовини- це векторна величина, що дорівнює об'ємній густині електричного дипольного моменту в деякій точці речового тіла.

Намагніченість речовини- це векторна величина, що дорівнює об'ємній щільності магнітного дипольного моменту в деякій точці речового тіла.

Електричне зміщення- це векторна величина, яка для будь-якої точки спостереження незалежно від того, знаходиться вона у вакуумі або в речовині, визначається із співвідношення:

(для вакууму або речовини),

(тільки для вакууму).

Напруженість магнітного поля- векторна величина, яка для будь-якої точки спостереження незалежно від того, знаходиться вона у вакуумі або в речовині визначається із співвідношення:

де напруженість магнітного поля вимірюється А/м.

Крім поляризованості та намагніченості існують інші об'ємно-розподілені джерела ЕМП:

- об'ємна щільність електричного заряду ; ,

де об'ємна щільність електричного заряду вимірюється Кл/м 3 ;

- вектор щільності електричного струму, нормальна складова якого дорівнює

У загальному випадку струм, що протікає через незамкнуту поверхню S, дорівнює потоку вектора щільності струму через цю поверхню:

де вектор щільності електричного струму вимірюється А/м 2 .

Контрольні питання

1. Що джерела електромагнітного поля?

2. Що таке струм провідності?

3. Що таке струм усунення?

4. Що таке струм перенесення?

5. Що таке електричний диполь та електричний дипольний момент?

6. Що таке магнітний диполь та магнітний дипольний момент?

7. Що називають електричною поляризованістю та намагніченістю речовини?

8. Що називається електричним усуненням?

9. Що називається напруженістю магнітного поля?

10. Що таке об'ємна щільність електричного заряду та щільність струму?

Приклад застосування MATLAB

Завдання.

Дано: Контур з електричним струмом. Iу просторі є периметр трикутника, декартові координати вершин якого задані: x 1 , x 2 , x 3 , y 1 , y 2 , y 3 , z 1 , z 2 , z 3 . Тут нижні індекси – номери вершин. Вершини пронумеровані у бік протікання електричного струму.

Потрібноскласти функцію MATLAB, яка обчислює вектор дипольного магнітного моменту контуру. При складанні m-файлу можна припускати, що просторові координати вимірюються в метрах, а струм - в амперах. Допускається довільна організація вхідних та вихідних параметрів.

Рішення

% m_dip_moment – обчислення магнітного дипольного моменту трикутного контуру зі струмом у просторі

% pm = m_dip_moment(tok, nodes)

% ВХІДНІ ПАРАМЕТРИ

% tok - Струм у контурі;

% nodes - квадратна матриця виду .", у кожному рядку якої записані координати відповідної вершини.

% ВИХІДНИЙ ПАРАМЕТР

% pm - матриця-рядок декартових компонент вектора магнітного дипольного моменту.

function pm = m_dip_moment(tok, nodes);

pm=tok*)]) det()]) det()])]/2;

% В останньому операторі вектор площі трикутника множиться на струм

>> nodes=10*rand(3)

9.5013 4.8598 4.5647

2.3114 8.913 0.18504

6.0684 7.621 8.2141

>> pm=m_dip_moment(1,nodes)

13.442 20.637 -2.9692

В даному випадку вийшло P M = (13.442 * 1 x + 20.637*1 y - 2.9692*1 z) А*м 2 якщо струм у контурі дорівнює 1 А.

§ 1.4. Просторові диференціальні оператори теорії електромагнітного поля

Градієнтомскалярного поля Φ( Q) = Φ( x, y, z) називається векторне поле, що визначається формулою:

де V 1 - область, що містить точку Q; S 1 - замкнута поверхня, що обмежує область V 1 , Q 1 - точка, що належить поверхні S 1; δ - найбільша відстань від точки Qдо точок на поверхні S 1 (max| Q Q 1 |).

Дивергенцієювекторного поля F (Q)=F (x, y, z) називається скалярне поле, що визначається за формулою:

Ротором(вихором) векторного поля F (Q)=F (x, y, z) називається векторне поле, що визначається за формулою:

rot F =

Оператор набла- це векторний диференціальний оператор, який у декартових координатах визначається формулою:

Представимо grad, div і rot через оператор набла:

Запишемо ці оператори в декартових координатах:

; ;

Оператор Лапласа в декартових координатах визначається за формулою:

Диференціальні оператори другого порядку:

Інтегральні теореми

Теорема про градієнт ;

Теорема про дивергенцію

Теорема про ротор

Теоретично ЕМП застосовується ще одна з інтегральних теорем:

Контрольні питання

1. Що називається градієнтом скалярного поля?

2. Що називається дивергенцією векторного поля?

3. Що називається ротором векторного поля?

4. Що таке оператор набла і як його виражаються диференціальні оператори першого порядку?

5. Які інтегральні теореми справедливі для скалярних та векторних полів?

Приклад застосування MATLAB

Завдання.

Дано: В обсязі тетраедра скалярне та векторне поля змінюються за лінійним законом. Координати вершин тетраедра задані матрицею виду [ x 1 , y 1 , z 1 ; x 2 , y 2 , z 2 ; x 3 , y 3 , z 3 ; x 4 , y 4 , z 4]. Значення скалярного поля у вершинах задані матрицею [Ф 1; Ф 2; Ф 3; Ф 4]. Декартові компоненти векторного поля у вершинах задані матрицею [ F 1 x, F 1y, F 1z; F 2x, F 2y, F 2z; F 3x, F 3y, F 3z; F 4x, F 4y, F 4z].

Визначитив обсязі тетраедра градієнт скалярного поля, а також дивергенцію та векторний ротор поля. Скласти при цьому функцію MATLAB.

Рішення. Нижче наведено текст m-функції.

% grad_div_rot - Обчислення градієнта, дивергенції та ротора... в обсязі тетраедра

% =grad_div_rot(nodes,scalar,vector)

% ВХІДНІ ПАРАМЕТРИ

% nodes - матриця координат вершин тетраедра:

% рядкам відповідають вершини, стовпцям – координати;

% scalar – стовпцева матриця значень скалярного поля у вершинах;

% vector – матриця компонентів векторного поля у вершинах:

% ВИХІДНІ ПАРАМЕТРИ

% grad - матриця-рядок декартових компонентів градієнта скалярного поля;

% div - значення дивергенції векторного поля обсягом тетраедра;

% rot - матриця-рядок декартових компонентів векторного ротора поля.

% При обчисленнях передбачається, що в обсязі тетраедра

% векторне та скалярне поля змінюються у просторі за лінійним законом.

function = grad_div_rot (nodes, scalar, vector);

a = inv (); % Матриця коефіцієнтів лінійної інтерполяції

grad=(a(2:end,:)*scalar)."; % Компоненти градієнта скалярного поля

div=*vector(:); % Дивергенція векторного поля

rot=sum(cross(a(2:end,:),vector."),2).";

Приклад запуску розробленої m-функції:

>> nodes=10*rand(4,3)

3.5287 2.0277 1.9881

8.1317 1.9872 0.15274

0.098613 6.0379 7.4679

1.3889 2.7219 4.451

>> scalar=rand(4,1)

>> vector=rand(4,3)

0.52515 0.01964 0.50281

0.20265 0.68128 0.70947

0.67214 0.37948 0.42889

0.83812 0.8318 0.30462

>> =grad_div_rot(nodes,scalar,vector)

0.16983 -0.03922 -0.17125

0.91808 0.20057 0.78844

Якщо припустити, що просторові координати вимірюються в метрах, а векторне та скалярне поля – безрозмірні, то в даному прикладі вийшло:

grad Ф = (-0.16983 * 1 x - 0.03922*1 y - 0.17125*1 z) м -1;

div F = -1.0112 м -1;

rot F = (-0.91808*1 x + 0.20057*1 y + 0.78844*1 z) м-1.

§ 1.5. Основні закони теорії електромагнітного поля

Рівняння ЕМП в інтегральній формі

Закон повного струму:

або

Циркуляція вектора напруженості магнітного поля вздовж контуру lдорівнює повному електричному струму, що протікає через поверхню S, натягнуту на контур l, якщо напрям струму утворюють з напрямом обходу контуру правовинтову систему.

Закон електромагнітної індукції:

де E c – напруженість стороннього електричного поля.

ЕРС електромагнітної індукції eі в контурі lдорівнює швидкості зміни магнітного потоку через поверхню S, натягнуту на контур l, причому напрям швидкості зміни магнітного потоку утворює з напрямком eі лівовинтову систему.

Теорема Гауса в інтегральній формі:

Потік вектора електричного усунення через замкнуту поверхню Sдорівнює сумі вільних електричних зарядів в обсязі, обмеженому поверхнею S.

Закон безперервності ліній магнітної індукції:

Магнітний потік через будь-яку замкнуту поверхню дорівнює нулю.

Безпосереднє застосування рівнянь в інтегральній формі дозволяє проводити розрахунок найпростіших електромагнітних полів. Для розрахунку електромагнітних полів складнішої форми застосовують рівняння в диференціальній формі. Ці рівняння називаються рівняннями Максвелла.

Рівняння Максвелла для нерухомих середовищ

Ці рівняння безпосередньо випливають із відповідних рівнянь в інтегральній формі та з математичних визначень просторових диференціальних операторів.

Закон повного струму у диференційній формі:

Щільність повного електричного струму,

Щільність стороннього електричного струму,

Щільність струму провідності,

Щільність струму усунення: ,

Щільність струму перенесення: .

Це означає, що струм є вихровим джерелом векторного поля напруженості магнітного поля.

Закон електромагнітної індукції у диференційній формі:

Це означає, що змінне магнітне поле є вихровим джерелом просторового розподілу вектора напруженості електричного поля.

Рівняння безперервності ліній магнітної індукції:

Це означає, що поле вектора магнітної індукції немає витоків, тобто. у природі немає магнітних зарядів (магнітних монополів).

Теорема Гауса в диференційній формі:

Це означає, що джерелами векторного поля електричного усунення є електричні заряди.

Для забезпечення єдиності розв'язання задачі аналізу ЕМП необхідно доповнити рівняння Максвелла рівняннями матеріального зв'язку між векторами E і D , а також B і H .

Співвідношення між векторами поля та електрофізичними властивостями середовища

Відомо, що

(1)

Усі діелектрики поляризуються під дією електричного поля. Усі магнетики намагнічуються під впливом магнітного поля. Статичні діелектричні властивості речовини можуть бути повністю описані функціональною залежністю вектора поляризованості. P від вектора напруженості електричного поля. E (P =P (E )). Статичні магнітні властивості речовини можуть бути повністю описані функціональною залежністю вектора намагніченості M від вектора напруженості магнітного поля H (M =M (H )). У випадку такі залежності носять неоднозначний (гістерезисний) характер. Це означає, що вектор поляризованості або намагніченості у точці Qвизначається не лише значенням вектора E або H у цій точці, але й передісторією зміни вектора E або H у цій точці. Експериментально досліджувати та моделювати ці залежності надзвичайно складно. Тому на практиці часто припускають, що вектори P і E , а також M і H колінеарні та електрофізичні властивості речовини описують скалярними гістерезисними функціями (| P |=|P |(|E |), |M |=|M |(|H |). Якщо гістерезисними характеристиками вищезгаданих функцій можна знехтувати, то електрофізичні властивості описують однозначними функціями P=P(E), M=M(H).

У багатьох випадках ці функції наближено вважатимуться лінійними, тобто.

Тоді, з урахуванням співвідношення (1), можна записати наступне

(4)

Відповідно відносна діелектрична та магнітна проникності речовини:

Абсолютна діелектрична проникність речовини:

Абсолютна магнітна проникність речовини:

Співвідношення (2), (3), (4) характеризують діелектричні та магнітні властивості речовини. Електропровідні властивості речовини можуть бути описані законом Ома у диференційній формі

де - Питома електрична провідність речовини, що вимірюється в Див/м.

У загальному випадку залежність між щільністю струму провідності та вектором напруженості електричного поля носить нелінійний векторно-гістерезисний характер.

Енергія електромагнітного поля

Об'ємна щільність енергії електричного поля дорівнює

де Wе. вимірюється в Дж/м 3 .

Об'ємна щільність енергії магнітного поля дорівнює

де Wм вимірюється в Дж/м3.

Об'ємна щільність енергії електромагнітного поля дорівнює

У разі лінійних електричних та магнітних властивостей речовини об'ємна щільність енергії ЕМП дорівнює

Це вираз справедливо для миттєвих значень питомої енергії та векторів ЕМП.

Питома потужність теплових втрат від струмів провідності

Питома потужність сторонніх джерел

Контрольні питання

1. Як формулюється закон повного струму в інтегральній формі?

2. Як формулюється закон електромагнітної індукції в інтегральній формі?

3. Як формулюється теорема Гауса та закон безперервності магнітного потоку в інтегральній формі?

4. Як формулюється закон повного струму у диференційній формі?

5. Як формулюється закон електромагнітної індукції у диференційній формі?

6. Як формулюється теорема Гауса та закон безперервності ліній магнітної індукції в інтегральній формі?

7. Якими співвідношеннями описуються електрофізичні властивості речовини?

8. Як виражається енергія електромагнітного поля через векторні величини, що його визначають?

9. Як визначається питома потужність теплових втрат та питома потужність сторонніх джерел?

Приклади застосування MATLAB

Завдання 1.

Дано: Всередині об'єму тетраедра магнітна індукція та намагніченість речовини змінюються за лінійним законом. Координати вершин тетраедра задані, значення векторів магнітної індукції та намагніченості речовини у вершинах також задані.

Обчислитищільність електричного струму в об'ємі тетраедра, використовуючи m-функцію, складену при вирішенні задачі попереднього параграфа. Обчислення виконати в командному вікні MATLAB, припускаючи, що просторові координати вимірюються в міліметрах, магнітна індукція - у теслах, напруженість магнітного поля та намагніченість - кА/м.

Рішення.

Задамо вихідні дані у форматі, сумісному з m-функцією grad_div_rot:

>> nodes=5*rand(4,3)

0.94827 2.7084 4.3001

0.96716 0.75436 4.2683

3.4111 3.4895 2.9678

1.5138 1.8919 2.4828

>> B = rand (4,3) * 2.6-1.3

1.0394 0.41659 0.088605

0.83624 -0.41088 0.59049

0.37677 -0.54671 -0.49585

0.82673 -0.4129 0.88009

>> mu0=4e-4*pi % абсолютна магнітна проникність вакууму, мкГн/мм

>> M=rand(4,3)*1800-900

122.53 -99.216 822.32

233.26 350.22 40.663

364.93 218.36 684.26

83.828 530.68 -588.68

>> =grad_div_rot(nodes,ones(4,1),B/mu0-M)

0 -3.0358e-017 0

914.2 527.76 -340.67

В даному прикладі вектор повної щільності струму в обсязі, що розглядається, вийшов рівним (-914.2 * 1 x + 527.76*1 y - 340.67*1 z) А/мм 2 . Щоб визначити модуль густини струму, виконаємо наступний оператор:

>> cur_d=sqrt(cur_dens*cur_dens.")

Обчислене значення щільності струму не може бути отримано сильно намагнічених середовищах в реальних технічних пристроях. Цей приклад - суто навчальний. А тепер перевіримо коректність завдання розподілу магнітної індукції обсягом тетраедра. Для цього виконаємо наступний оператор:

>> =grad_div_rot(nodes,ones(4,1),B)

0 -3.0358e-017 0

0.38115 0.37114 -0.55567

Тут ми отримали значення div B = -0.34415 Тл/мм, чого не може бути відповідно до закону безперервності ліній магнітної індукції у диференційній формі. З цього випливає, що розподіл магнітної індукції в об'ємі тетраедра вказано некоректно.

Завдання 2.

Нехай тетраедр, координати вершин якого задані, знаходиться у повітрі (одиниці виміру – метри). Нехай задані значення вектора напруженості електричного поля у його вершинах (одиниці виміру - кВ/м).

Потрібнообчислити об'ємну густину електричного заряду всередині тетраедра.

Рішенняможна виконати аналогічно:

>> nodes=3*rand(4,3)

2.9392 2.2119 0.59741

0.81434 0.40956 0.89617

0.75699 0.03527 1.9843

2.6272 2.6817 0.85323

>> eps0=8.854e-3 % абсолютна діелектрична проникність вакууму, нФ/м

>> E=20*rand(4,3)

9.3845 8.4699 4.519

1.2956 10.31 11.596

19.767 6.679 15.207

11.656 8.6581 10.596

>> =grad_div_rot(nodes,ones(4,1),E*eps0)

0.076467 0.21709 -0.015323

У цьому прикладі об'ємна щільність заряду вийшла рівною 0.10685 мкКл/м 3 .

§ 1.6. Граничні умови для векторів ЕМП.
Закон збереження заряду. Теорема Умова-Пойнтінга

або

Тут зазначено: H 1 - вектор напруженості магнітного поля на поверхні розділу середовищ у середовищі №1; H 2 - те саме в середовищі №2; H 1t- тангенціальна (дотична) складова вектора напруженості магнітного поля на поверхні розділу середовищ у середовищі №1; H 2t- те саме у середовищі №2; E 1 вектор повної напруженості електричного поля поверхні розділу середовищ у середовищі №1; E 2 - те саме в середовищі №2; E 1 c - стороння складова вектора напруженості електричного поля поверхні розділу середовищ у середовищі №1; E 2с - те ж у середовищі №2; E 1t- тангенціальна складова вектора напруженості електричного поля на поверхні поділу середовищ у середовищі №1; E 2t- те саме у середовищі №2; E 1с t- тангенціальна стороння складова вектора напруженості електричного поля поверхні розділу середовищ у середовищі №1; E 2t- те саме у середовищі №2; B 1 - вектор магнітної індукції на поверхні поділу середовищ у середовищі №1; B 2 - те саме в середовищі №2; B 1n- нормальна складова вектора магнітної індукції на поверхні поділу середовищ у середовищі №1; B 2n- те саме у середовищі №2; D 1 - вектор електричного зміщення поверхні розділу середовищ у середовищі №1; D 2 - те саме в середовищі №2; D 1n- нормальна складова вектора електричного усунення поверхні розділу середовищ у середовищі №1; D 2n- те саме у середовищі №2; σ - поверхнева щільність електричного заряду на межі розділу середовищ, що вимірюється в Кл/м 2 .

Закон збереження заряду

Якщо відсутні сторонні джерела струму, то

а в загальному випадку , тобто вектор щільності повного струму не має витоків, тобто лінії повного струму завжди замкнуті

Теорема Умова-Пойнтінга

Об'ємна щільність потужності, що споживається матеріальною точкою в ЕМП, дорівнює

Відповідно до тотожності (1)

Це і є рівняння балансу потужностей для обсягу V. У загальному випадку відповідно до рівності (3) електромагнітна потужність, що генерується джерелами всередині об'єму V, йде теплові втрати, накопичення енергії ЕМП і випромінювання в навколишнє простір через замкнуту поверхню, обмежує цей обсяг.

Підінтегральний вираз в інтегралі (2) називається вектором Пойнтінга:

де Пвимірюється у Вт/м 2 .

Цей вектор дорівнює щільності потоку електромагнітної потужності деякою точкою спостереження. Рівність (3) є математичним виразом теореми Умова-Пойнтінга.

Електромагнітна потужність, що випромінюється областю Vв навколишній простір дорівнює потоку вектора Пойнтінга через замкнуту поверхню S, що обмежує область V.

Контрольні питання

1. Якими виразами описуються граничні умови для векторів електромагнітного поля на поверхнях поділу середовищ?

2. Як формулюється закон збереження заряду у диференційній формі?

3. Як формулюється закон збереження заряду в інтегральній формі?

4. Якими виразами описуються граничні умови для щільності струму на поверхнях поділу середовищ?

5. Чому дорівнює об'ємна щільність потужності, яка споживається матеріальною точкою в електромагнітному полі?

6. Як записується рівняння балансу електромагнітної потужності для певного обсягу?

7. Що таке вектор Пойнтінга?

8. Як формулюється теорема Умова-Пойнтінга?

Приклад застосування MATLAB

Завдання.

Дано: Є трикутна поверхня у просторі. Координати вершин задано. Значення векторів напруженості електричного та магнітного поля у вершинах також задані. Стороння складова напруженості електричного поля дорівнює нулю.

Потрібнообчислити електромагнітну потужність, що проходить через трикутну поверхню. Скласти функцію MATLAB, яка виконує це обчислення. При обчисленнях вважати, що вектор позитивної нормалі спрямований так, що якщо дивитися з кінця, то рух у порядку зростання номерів вершин відбуватиметься проти годинникової стрілки.

Рішення. Нижче наведено текст m-функції.

% em_power_tri – обчислення електромагнітної потужності, що проходить через

% трикутну поверхню у просторі

% P = em_power_tri (nodes, E, H)

% ВХІДНІ ПАРАМЕТРИ

% nodes - квадратна матриця виду.",

% у кожному рядку якого записані координати відповідної вершини.

% E – матриця компонентів вектора напруженості електричного поля у вершинах:

% рядкам відповідають вершини, стовпцям – декартові компоненти.

% H – матриця компонентів вектора напруженості магнітного поля у вершинах.

% ВИХІДНИЙ ПАРАМЕТР

% P – електромагнітна потужність, що проходить через трикутник

% При обчисленнях передбачається, що на трикутнику

% Вектори напруженості поля змінюються у просторі за лінійним законом.

function P=em_power_tri(nodes,E,H);

% Обчислюємо вектор подвійної площі трикутника

S=)]) det()]) det()])];

P=sum(cross(E,(ones(3,3)+eye(3))*H,2))*S."/24;

Приклад запуску розробленої m-функції:

>> nodes=2*rand(3,3)

0.90151 0.5462 0.4647

1.4318 0.50954 1.6097

1.7857 1.7312 1.8168

>> E=2*rand(3,3)

0.46379 0.15677 1.6877

0.47863 1.2816 0.3478

0.099509 0.38177 0.34159

>> H=2*rand(3,3)

1.9886 0.62843 1.1831

0.87958 0.73016 0.23949

0.6801 0.78648 0.076258

>> P=em_power_tri(nodes,E,H)

Якщо припустити, що просторові координати вимірюються в метрах, вектор напруженості електричного поля - вольтах на метр, вектор напруженості магнітного поля - в амперах на метр, то в даному прикладі електромагнітна потужність, що проходить через трикутник, вийшла рівною 0.18221 Вт.

1. Введення. Предмет вивчення у валеології.

3. Основні джерела електромагнітного поля.

5. Методи захисту здоров'я від електромагнітного впливу.

6. Список використаних матеріалів та літератури.

1. Введення. Предмет вивчення у валеології.

1.1 Запровадження.

Валеологія – від латів. «valeo»-«добрий день» - наукова дисципліна, що вивчає індивідуальне здоров'я здорової людини. Принципова відмінність валеології від інших дисциплін (зокрема від практичної медицини) полягає саме в індивідуальному підході до оцінки здоров'я кожного конкретного суб'єкта (без урахування загальних та усереднених по якомусь колективу даних).

Вперше валеологія як наукова дисципліна була офіційно зареєстрована у 1980 році. Її основоположником став російський вчений І. І. Брехман, який працював у Державному Університеті Владивостока.

Нині нова дисципліна активно розвивається, накопичуються наукові роботи, активно ведуться практичні дослідження. Поступово відбувається перехід від статусу наукової дисципліни до статусу самостійної науки.

1.2 Предмет вивчення у валеології.

Предметом вивчення у валеології є індивідуальне здоров'я здорової людини та фактори, що впливають на неї. Також валеологія займається систематизацією здорового життя з урахуванням індивідуальності конкретного суб'єкта.

Найбільш поширеним на даний момент визначенням поняття здоров'я є визначення, запропоноване експертами Всесвітньої Організації Охорони здоров'я (ВООЗ):

Здоров'я є станом фізичного, психічного та соціального благополуччя.

Сучасна валеологія виділяє такі основні характеристики індивідуального здоров'я:

1. Життя – найбільш складне прояв існування матерії, яке перевищує за складністю різні фізико-хімічні та біореакції.

2. Гомеостаз – квазистатичний стан життєвих форм, що характеризується мінливістю на відносно великих часових відрізках та практичною статичністю – на малих.

3. Адаптація – властивість життєвих форм пристосовуватися до умов існування і перевантажень, що змінюються. При порушеннях адаптації або надто різких та радикальних змін умов виникає дезадаптація – стрес.

4. Фенотип – поєднання чинників довкілля, які впливають розвиток живого організму. Також термін «фенотип» характеризує сукупність особливостей розвитку та фізіології організму.

5. Генотип – поєднання спадкових чинників, які впливають розвиток живого організму, є поєднанням генетичного матеріалу батьків. Під час передачі від батьків деформованих генів виникають спадкові патології.

6. Спосіб життя - сукупність поведінкових стереотипів і норм, що характеризують конкретний організм.

Здоров'я (відповідно до визначення ВООЗ).

2. Електромагнітне поле, його види, характеристики та класифікація.

2.1 Основні визначення. Види електромагнітного поля.

Електромагнітне поле – це особлива форма матерії, з якої здійснюється взаємодія між електрично зарядженими частинками.

Електричне поле – створюється електричними зарядами та зарядженими частинками у просторі. На малюнку представлена картина силових ліній (уявних ліній, що використовуються для наочного подання полів) електричного поля для двох заряджених частинок, що покояться:

Магнітне поле – створюється під час руху електричних зарядів по провіднику. Картина силових ліній поля для одиночного провідника представлена на малюнку:

Фізичною причиною існування електромагнітного поля є те, що електричне поле, що змінюється в часі, збуджує магнітне поле, а магнітне поле, що змінюється - вихрове електричне поле. Безперервно змінюючись обидві компоненти підтримують існування електромагнітного поля. Поле нерухомої або рівномірно рухомої частки нерозривно пов'язане з носієм (зарядженою часткою).

Однак при прискореному русі носіїв електромагнітне поле «зривається» з них і існує в навколишньому середовищі незалежно, у вигляді електромагнітної хвилі, не зникаючи з усуненням носія (наприклад, радіохвилі не зникають при зникненні струму (переміщення носіїв – електронів) у антені, що їх випромінює).

2.2 Основні характеристики електромагнітного поля.

Електричне поле характеризується напруженістю електричного поля (позначення "E", розмірність СІ - В/м, вектор). Магнітне поле характеризується напруженістю магнітного поля (позначення "H", розмірність СІ - А/м, вектор). Вимірювання зазвичай піддається модуль (довжина) вектора.

Електромагнітні хвилі характеризуються довжиною хвилі (позначення «(», розмірність СІ - м), що випромінює їх джерело – частотою (позначення – «(», розмірність СІ - Гц)). На малюнку Е – вектор напруженості електричного поля, H – вектор напруженості магнітного поля .

При частотах 3 – 300 Гц як характеристики магнітного поля може також використовуватися поняття магнітної індукції (позначення "B", розмірність СІ - Тл).

2.3. Класифікація електромагнітних полів.

Найбільш застосовується так звана «зональна» класифікація електромагнітних полів за рівнем віддаленості від джерела/носія.

За цією класифікацією електромагнітне поле поділяється на «ближню» та «далеку» зони. «Ближня» зона (іноді звана зоною індукції) простягається до відстані від джерела, рівного 0-3(,де (- довжина електромагнітної хвилі, що породжується полем. При цьому напруженість поля швидко зменшується (пропорційно квадрату або кубу відстані до джерела). У цій зоні електромагнітна хвиля, що народжується, ще не повністю сформована.

«Далека» зона – це зона електромагнітної хвилі, що сформувалася. Тут напруженість поля меншає назад пропорційно відстані до джерела. У цій зоні справедливо експериментально певне співвідношення між напругами електричного та магнітного полів:

де 377 - константа, хвильовий опір вакууму, Ом.

Електромагнітні хвилі прийнято класифікувати за частотами:

|крайні низькі, | Гц | Декамегаметрові | Мм |

|Наднизькі, СНЧ | Гц | Мегаметрові | Мм |

|Дуже низькі, ОНЧ | Кгц |Міріаметрові | км |

|Низькі частоти, НЧ| Кгц | Кілометрові | км |

|Середні, СЧ | МГц |Гектометрові | км |

|Високі, ВЧ | МГц | Декаметрові | м |

|Дуже високі, ОВЧ| МГц | Метрові | м |

|Ультрависокі, УВЧ| ГГц | Дециметрові | | м |

|Надвисокі, НВЧ | ГГц | Сантиметрові | см |

|Вкрай високі, | ГГц | Міліметрові | мм |

Вимірюють зазвичай тільки напруженість електричного поля E. При частотах вище 300 МГц іноді вимірюється щільність потоку енергії хвилі, або вектор Пойтинг (позначення S, розмірність СІ - Вт/м2).

3.Основні джерела електромагнітного поля.

Як основні джерела електромагнітного поля можна виділити:

Лінії електропередач.

Електропроводка (всередині будівель та споруд).

Побутові електроприлади.

Персональні комп'ютери

Теле- та радіопередаючі станції.

Супутниковий та стільниковий зв'язок (прилади, ретранслятори).

Електротранспорт.

Радарні установки.

3.1 Лінії електропередач (ЛЕП).

Провід працюючої лінії електропередач створюють у прилеглому просторі (на відстанях близько десятків метрів від дроту) електромагнітне поле промислової частоти (50 Гц). Причому напруженість поля поблизу лінії може змінюватися в широких межах залежно від її електричного навантаження. Стандартами встановлено межі санітарно-захисних зон поблизу ЛЕП (відповідно до СН 2971-84):

|Робоча напруга |330 і від |500 |750 |1150 |

|Розмір |20 |30 |40 |55 |

(фактично межі санітарно-захисної зони встановлюються найбільш віддаленої від проводів граничної лінії максимальної напруженості електричного поля, що дорівнює 1 кВ/м).

3.2 Електропроводка.

До електропроводки відносяться: кабелі електроживлення систем життєзабезпечення будівель, струморозподільні дроти, а також розгалужувальні щити, силові ящики та трансформатори. Електропроводка є основним джерелом електромагнітного поля промислової частоти у житлових приміщеннях. При цьому рівень напруженості електричного поля, що випромінюється джерелом, часто відносно невисокий (не перевищує 500 В/м).

3.3 Побутові електроприлади.

Джерелами електромагнітних полів є всі побутові прилади, що працюють із використанням електричного струму. У цьому рівень випромінювання змінюється у найширших межах залежно від моделі, пристрою і конкретного режиму роботи. Також рівень випромінювання сильно залежить від споживаної потужності приладу – чим вища потужність, тим вищий рівень електромагнітного поля під час роботи приладу. Напруженість електричного поля поблизу електропобутових приладів вбирається у десятків В/м.

У наведеній нижче таблиці представлені гранично допустимі рівні магнітної індукції для найбільш потужних джерел магнітного поля серед побутових електроприладів:

|Прилад |Інтервал гранично допустимих |

| |величин магнітної індукції, мкТл|

|Кавоварка | |

|Пральна машина | |

|Праска | |

|Пилосос | |

|Електропліта | |

|Лампа «денного світла» (люмінесцентні лампи ЛТБ,| |

|Електрродрель (електродвигун | |

|потужністю Вт) | |

|Електроміксер (електродвигун потужністю | |

| Вт) | |

|Телевізор | |

|Мікрохвильова піч (індукційна, НВЧ) | |

3.4 Персональні комп'ютери.

Основним джерелом несприятливого на здоров'я користувача комп'ютера є засіб візуального відображення (СВО) монітора. У більшості сучасних моніторів СВО є електронно-променевою трубкою. У таблиці перелічені основні фактори впливу СВО на здоров'я:

|Ергономічні |Фактори впливу електромагнітного |

| |поля електронно-променевої трубки |

|Значне зниження контрастності |Електромагнітне полі частотному |

|відтворюваного зображення за умов |діапазоні МГц. |

|зовнішнього підсвічування екрана прямими променями | |

|світла. | |

|Дзеркальне відбиток променів світла від |Електростатичний заряд лежить на поверхні |

|поверхні екрана (відблиски). | екрана монітора. |

|Мультиплікаційний характер |Ультрафіолетове випромінювання (діапазон |

|відтворення зображення |довжин хвиль нм). |

|(високочастотне безперервне оновлення | |

|Дискретний характер зображення |Інфрачервоне та рентгенівське |

|(підрозділ на точки). |іонізуючі випромінювання. |

Надалі як головні фактори впливу СВО на здоров'я розглядатимемо лише фактори впливу електромагнітного поля електронно-променевої трубки.

Крім монітора та системного блоку персональний комп'ютер може також включати велику кількість інших пристроїв (таких, як принтери, сканери, мережеві фільтри тощо). Всі ці пристрої працюють із застосуванням електричного струму, а отже є джерелами електромагнітного поля. Наступна таблиця показує електромагнітну обстановку поблизу комп'ютера (вклад монітора у цій таблиці не враховується, оскільки було розглянуто раніше):

|Джерело |Діапазон частот генерованого |

| |електромагнітного поля |

|Системний блок у зборі. |. |

|Пристрою введення-виведення (принтери, | Гц. |

|сканери, дисководи та інших.). | |

|Джерела безперебійного харчування, |. |

|мережеві фільтри та стабілізатори. | |

Електромагнітне поле персональних комп'ютерів має найскладніший хвильовий та спектральний склад і важко піддається виміру та кількісній оцінці. Воно має магнітну, електростатичну і променеву складові (зокрема, електростатичний потенціал людини, що сидить перед монітором, може коливатися від –3 до +5 В). Враховуючи те, що персональні комп'ютери зараз активно використовуються у всіх галузях людської діяльності, їх вплив на здоров'я людей підлягає ретельному вивченню та контролю.

3.5 Теле- та радіопередаючі станції.

На території Росії в даний час розміщується значна кількість станцій радіотрансляційних і центрів різної приналежності.

Передавальні станції та центри розміщуються у спеціально відведених для них зонах і можуть займати досить великі території (до 1000 га). За своєю структурою вони включають одну або кілька технічних будівель, де знаходяться радіопередавачі, і антенні поля, на яких розташовуються до декількох десятків антенно-фідерних систем (АФС). Кожна система включає випромінювальну антену і фідерну лінію, що підводить сигнал, що транслюється.

Електромагнітне поле, що випромінюється антенами радіотрансляційних центрів, має складний спектральний склад та індивідуальний розподіл напруженостей залежно від конфігурації антен, рельєфу місцевості та архітектури прилеглої забудови. Деякі усереднені дані з різних видів радіотрансляційних центрів представлені в таблиці:

| |поля, В/м. |А/м. | |

|ДВ – радіостанції |630 |1,2 |Максимальна напруженість |

|КГц, | | |відстанях менше 1 довжини |

|500 кВт). | | | |

|200 кВт). | | | |

|КВ – радіостанції |44 |0,12 |Передатники може бути |

|МГц, | | |густозабудованих |

|100 кВт). | | | |

| МГц, | | |рівнем забудови. |

3.6 Супутниковий та стільниковий зв'язок.

3.6.1 Супутниковий зв'язок.

Системи супутникового зв'язку складаються з станції, що передає на Землі і подорожніх – ретрансляторів, що знаходяться на орбіті. Передавальні станції супутникового зв'язку випромінюють вузьконаправлений хвильовий пучок, щільність потоку енергії в якому досягає сотень Вт/м. Системи супутникового зв'язку створюють високу напруженість електромагнітного поля на значних відстанях від антен. Наприклад, станція потужністю 225 кВт, що працює на частоті 2,38 ГГц, створює з відривом 100 км щільність потоку енергії 2,8 Вт/м2. Розсіювання енергії щодо основного променя дуже невелике і відбувається найбільше в районі безпосереднього розміщення антени.

3.6.2 Стільниковий зв'язок.

Стільникова радіотелефонія є сьогодні однією з телекомунікаційних систем, що найбільш інтенсивно розвиваються. Основними елементами системи стільникового зв'язку є базові станції та мобільні радіотелефонні апарати. Базові станції підтримують радіозв'язок з мобільними апаратами, унаслідок чого є джерелами електромагнітного поля. У роботі системи застосовується принцип розподілу території покриття на зони, або так звані "стільники", радіусом км. У нижченаведеній таблиці представлені основні характеристики систем стільникового зв'язку, що діють в Росії:

| | | | |Вт. |км. |

|NMT450. | |

|Аналоговий. |5] |5] | | | |

|AMPS. |||100 |0,6 | |

|DAMPS (IS – |||50 |0,2 | |

|136). | | | | | |

| CDMA. |||100 |0,6 | |

|GSM - 900. |||40 |0,25 | |

|GSM - 1800. | |

|Цифровий. |0] |5] | | | |

Інтенсивність випромінювання базової станції визначається навантаженням, тобто наявністю власників стільникових телефонів у зоні обслуговування конкретної базової станції та їх бажанням скористатися телефоном для розмови, що, у свою чергу, докорінно залежить від часу доби, місця розташування станції, дня тижня та інших факторів. У нічний годинник завантаження станцій практично дорівнює нулю. Інтенсивність випромінювання мобільних апаратів залежить значною мірою стану каналу зв'язку «мобільний радіотелефон – базова станція» (що більше відстань від базової станції, то вище інтенсивність випромінювання апарату).

3.7 Електротранспорт.

Електротранспорт (тролейбуси, трамваї, поїзди метрополітену тощо) є потужним джерелом електромагнітного поля у діапазоні частот Гц. При цьому в ролі головного випромінювача в переважній більшості випадків виступає тяговий електродвигун (для тролейбусів і трамваїв повітряні струмоприймачі за напруженістю електричного поля, що випромінюється, суперничають з електродвигуном). У таблиці наведено дані щодо виміряної величини магнітної індукції для деяких видів електротранспорту:

|Вигляд транспорту та рід |Середнє значення величини |Максимальне значення |

|споживаного струму. |магнітної індукції, мкТл. |величини магнітної |

| | |індукції, мкТл. |

|Приміські електропоїзда.|20 |75 |

|Електротранспорт із |29 |110 |

|приводом постійного струму | | |

|(електрокари тощо.). | | |

3.8 Радарні установки.

Радіолокаційні та радарні установки мають зазвичай антени рефлекторного типу («тарілки») і випромінюють вузьконаправлений радіопромінь.

Періодичне переміщення антени у просторі призводить до просторової уривчастості випромінювання. Спостерігається також тимчасова уривчастість випромінювання, зумовлена циклічністю роботи радіолокатора на випромінювання. Вони працюють на частотах від 500 МГц до 15 ГГц, однак окремі спеціальні установки можуть працювати на частотах до 100 ГГц і більше. Внаслідок особливого характеру випромінювання вони можуть створювати біля зони з високою щільністю потоку енергії (100 Вт/м2 і більше).

4. Вплив електромагнітного поля на індивідуальне здоров'я.

Людський організм завжди реагує на зовнішнє електромагнітне поле. З огляду на різного хвильового складу та інших чинників електромагнітне полі різних джерел діє здоров'я людини по-різному. Внаслідок цього в цьому розділі вплив різних джерел на здоров'я розглядатимемо окремо. Однак поле штучних джерел, що різко дисонує з природним електромагнітним фоном, майже у всіх випадках надає на здоров'я людей, що знаходяться в зоні його впливу, негативний вплив.

Широкі дослідження впливу електромагнітних полів на здоров'я було розпочато нашій країні у 60-ті роки. Було встановлено, що нервова система людини чутлива до електромагнітного впливу, а також що поле має так звану інформаційну дію при впливі на людину в інтенсивностях нижче порогової величини теплового ефекту (величина напруженості поля, при якій починає проявлятися його теплова дія).

У наведеній нижче таблиці наведено найбільш поширені скарги на погіршення стану здоров'я людей, що знаходяться в зоні впливу поля різних джерел. Послідовність та нумерація джерел у таблиці відповідають їх послідовності та нумерації, прийнятих у розділі 3:

|Джерело |Найпоширеніші скарги. |

|електромагнітного | |

|1. Лінії |Короткочасне опромінення (порядку кількох хвилин) здатне|

електропередач (ЛЕП). |привести до негативної реакції лише в особливо чутливих |

| |людей чи хворих деяких видами алергічних |

| |захворювань. Тривале опромінення зазвичай призводить до |

| |різним патологіям серцево-судинної та нервової систем |

| |(через розбалансування підсистеми нервової регуляції). При |

| |наддовгому (порядку 10-20 років) безперервному опроміненні |

| |можливо (за неперевіреними даними) розвиток деяких |

| |онкологічних захворювань. |

|2. Внутрішня |В даний час даних про скарги на погіршення стану |

електропроводка будівель | здоров'я, пов'язане безпосередньо з роботою внутрішніх |

|та споруд. |електромереж немає. |

|3. Побутові |Є неперевірені дані про скарги на шкірні, |

електроприлади. |серцево-судинні та нервові патології при довготривалому |

| |систематичному користуванні мікрохвильовими печами старих |

| |моделей (до 1995 року випуску). Також є аналогічні |

| |дані щодо застосування мікрохвильових печей всіх |

| |моделей у умовах (наприклад, для розігріву |

| |їжі в кафе). Крім мікрохвильових печей є дані про |

| |негативний вплив здоров'я людей телевізорів, які мають |

| як приладу візуалізації електронно-променеву трубку. |