Trường điện từ xuất hiện như thế nào? Phương trình EMF ở dạng tích phân

Điện ở xung quanh chúng ta

Trường điện từ (định nghĩa từ TSB) là một dạng vật chất đặc biệt qua đó xảy ra tương tác giữa các hạt tích điện. Dựa trên định nghĩa này, người ta không rõ đâu là sơ cấp - sự tồn tại của các hạt tích điện hay sự hiện diện của trường. Có lẽ chỉ nhờ có sự hiện diện của trường điện từ mà các hạt mới có thể nhận được điện tích. Giống như trong câu chuyện con gà và quả trứng. Điểm mấu chốt là các hạt tích điện và trường điện từ không thể tách rời nhau và không thể tồn tại nếu không có nhau. Do đó, định nghĩa này không cho bạn và tôi cơ hội hiểu bản chất của hiện tượng trường điện từ và điều duy nhất cần nhớ là nó dạng vật chất đặc biệt! Lý thuyết trường điện từ được phát triển bởi James Maxwell vào năm 1865.

Trường điện từ là gì? Người ta có thể tưởng tượng rằng chúng ta đang sống trong một Vũ trụ điện từ, hoàn toàn bị bao phủ bởi một trường điện từ, và các hạt và chất khác nhau, tùy thuộc vào cấu trúc và tính chất của chúng, dưới tác động của trường điện từ sẽ thu được điện tích dương hoặc âm, tích tụ nó, hoặc vẫn trung hòa về điện. Theo đó, trường điện từ có thể chia thành hai loại: tĩnh, nghĩa là, được phát ra bởi các vật thể tích điện (hạt) và tích phân với chúng, và năng động, lan truyền trong không gian, bị tách khỏi nguồn phát ra nó. Trường điện từ động trong vật lý được biểu diễn dưới dạng hai sóng vuông góc lẫn nhau: điện (E) và từ trường (H).

Việc điện trường được tạo ra bởi một từ trường xoay chiều và từ trường được tạo ra bởi một điện trường xoay chiều dẫn đến hiện tượng điện trường và từ trường xoay chiều không tồn tại tách biệt nhau. Trường điện từ của các hạt tích điện đứng yên hoặc chuyển động đều có liên quan trực tiếp đến bản thân các hạt đó. Với chuyển động tăng tốc của các hạt tích điện này, trường điện từ “tách ra” khỏi chúng và tồn tại độc lập dưới dạng sóng điện từ, không biến mất khi lấy nguồn ra.

Nguồn của trường điện từ

Nguồn điện từ trường (tự nhiên) tự nhiên

Các nguồn EMF tự nhiên (tự nhiên) được chia thành các nhóm sau:

điện trường và từ trường của Trái đất;

bức xạ vô tuyến từ Mặt trời và các thiên hà (bức xạ phóng xạ, phân bố đều khắp Vũ trụ);

điện khí quyển;

nền điện từ sinh học.

Từ trường của trái đất.Độ lớn của trường địa từ Trái đất thay đổi trên bề mặt trái đất từ 35 μT ở xích đạo đến 65 μT ở gần hai cực.

điện trường của trái đất hướng bình thường tới bề mặt trái đất, bề mặt này mang điện tích âm so với các tầng trên của khí quyển. Cường độ điện trường trên bề mặt Trái đất là 120...130 V/m và giảm theo hàm số mũ theo độ cao. Những thay đổi hàng năm của EF có tính chất tương tự nhau trên khắp Trái đất: cường độ tối đa là 150...250 V/m vào tháng 1-tháng 2 và tối thiểu 100...120 V/m vào tháng 6-tháng 7.

Điện khí quyển- Đây là những hiện tượng điện trong bầu khí quyển của trái đất. Không khí (liên kết) luôn chứa các điện tích dương và âm - các ion phát sinh dưới tác động của các chất phóng xạ, tia vũ trụ và tia cực tím từ Mặt trời. Quả địa cầu được tích điện âm; Có một sự khác biệt tiềm năng lớn giữa nó và bầu khí quyển. Cường độ trường tĩnh điện tăng mạnh khi có giông bão. Dải tần số phóng điện vào khí quyển nằm trong khoảng từ 100 Hz đến 30 MHz.

Nguồn ngoài trái đất bao gồm bức xạ bên ngoài bầu khí quyển của Trái đất.

Nền điện từ sinh học. Các vật thể sinh học, giống như các vật thể vật lý khác, ở nhiệt độ trên độ 0 tuyệt đối phát ra EMF trong phạm vi 10 kHz - 100 GHz. Điều này được giải thích là do sự chuyển động hỗn loạn của các điện tích - ion trong cơ thể con người. Mật độ năng lượng của bức xạ như vậy ở người là 10 mW/cm2, đối với người lớn có tổng công suất là 100 W. Cơ thể con người cũng phát ra EMF ở tần số 300 GHz với mật độ năng lượng khoảng 0,003 W/m2.

Nguồn nhân tạo của trường điện từ

Nguồn nhân tạo được chia thành 2 nhóm:

Nguồn bức xạ tần số thấp (0 - 3 kHz)

Nhóm này bao gồm tất cả các hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối điện (đường dây điện, trạm biến áp, nhà máy điện, các hệ thống cáp khác nhau), thiết bị điện và điện tử gia dụng và văn phòng, bao gồm màn hình PC, xe điện, vận tải đường sắt và cơ sở hạ tầng của nó, cũng như vận tải tàu điện ngầm, xe điện và xe điện.

Ngày nay, trường điện từ trên 18-32% khu vực thành thị được hình thành do hoạt động giao thông bằng ô tô. Sóng điện từ được tạo ra trong quá trình lưu thông của phương tiện làm cản trở việc thu sóng truyền hình và đài phát thanh và cũng có thể gây ra những tác động có hại cho cơ thể con người.

Nguồn bức xạ tần số cao (từ 3 kHz đến 300 GHz)

Nhóm này bao gồm các máy phát chức năng - nguồn trường điện từ nhằm mục đích truyền hoặc nhận thông tin. Đó là các máy phát thương mại (radio, tivi), điện thoại vô tuyến (ô tô, điện thoại vô tuyến, đài CB, máy phát vô tuyến nghiệp dư, điện thoại vô tuyến công nghiệp), liên lạc vô tuyến định hướng (vô tuyến vệ tinh, trạm chuyển tiếp mặt đất), dẫn đường (không lưu, vận chuyển, điểm vô tuyến) , máy định vị (thông tin liên lạc hàng không, vận chuyển, định vị vận tải, kiểm soát vận tải hàng không). Điều này cũng bao gồm các thiết bị công nghệ khác nhau sử dụng bức xạ vi sóng, tần số xen kẽ (50 Hz - 1 MHz) và trường xung, thiết bị gia dụng (lò vi sóng), phương tiện hiển thị thông tin trực quan trên ống tia âm cực (màn hình PC, TV, v.v.) . Dòng điện tần số siêu cao được sử dụng cho nghiên cứu khoa học trong y học. Các trường điện từ phát sinh khi sử dụng dòng điện như vậy gây ra những nguy hiểm nghề nghiệp nhất định nên cần phải có biện pháp bảo vệ chống lại tác động của chúng lên cơ thể.

Các nguồn công nghệ chính là:

máy thu truyền hình gia đình, lò vi sóng, điện thoại vô tuyến, v.v. thiết bị;

nhà máy điện, nhà máy điện và trạm biến áp;

Mạng lưới điện và cáp phân nhánh rộng khắp;

đài radar, đài phát thanh, truyền hình, trạm lặp;

máy tính và màn hình video;

đường dây điện trên không (đường dây điện).

Một đặc điểm của việc phơi nhiễm trong điều kiện đô thị là tác động lên dân số của cả nền điện từ tổng (tham số tích phân) và EMF mạnh từ các nguồn riêng lẻ (tham số vi sai).

Trường điện từ là một loại vật chất phát sinh xung quanh các điện tích chuyển động. Ví dụ, xung quanh một dây dẫn mang dòng điện. Trường điện từ bao gồm hai thành phần: điện trường và từ trường. Chúng không thể tồn tại độc lập với nhau. Một điều sinh ra một điều khác. Khi điện trường thay đổi thì ngay lập tức xuất hiện từ trường.

Tốc độ truyền sóng điện từ V=C/EM

Ở đâu e Và tôi tương ứng là hằng số từ và điện môi của môi trường trong đó sóng lan truyền.
Sóng điện từ trong chân không truyền với tốc độ ánh sáng, tức là 300.000 km/s. Vì độ thấm điện môi và từ của chân không được coi là bằng 1.

Khi điện trường thay đổi sẽ xuất hiện từ trường. Vì điện trường gây ra nó không phải là hằng số (tức là nó thay đổi theo thời gian) nên từ trường cũng sẽ thay đổi.

Từ trường thay đổi lần lượt tạo ra một điện trường, v.v. Do đó, đối với trường tiếp theo (không quan trọng là điện hay từ), nguồn sẽ là trường trước đó chứ không phải nguồn ban đầu, tức là một dây dẫn có dòng điện.

Như vậy, ngay cả khi đã tắt dòng điện trong dây dẫn, trường điện từ vẫn tiếp tục tồn tại và lan rộng trong không gian.

Sóng điện từ lan truyền trong không gian theo mọi hướng từ nguồn của nó. Bạn có thể tưởng tượng khi bật một bóng đèn lên, các tia sáng từ nó tỏa ra mọi hướng.

Sóng điện từ khi truyền đi sẽ truyền năng lượng trong không gian. Dòng điện trong dây dẫn gây ra trường càng mạnh thì năng lượng được truyền bởi sóng càng lớn. Ngoài ra, năng lượng còn phụ thuộc vào tần số của sóng phát ra; nếu tăng 2,3,4 lần thì năng lượng sóng sẽ tăng tương ứng 4,9,16 lần. Nghĩa là năng lượng truyền sóng tỉ lệ với bình phương tần số.

Điều kiện tốt nhất để truyền sóng được tạo ra khi chiều dài dây dẫn bằng bước sóng.

Các đường sức từ và đường sức điện sẽ vuông góc với nhau. Các đường sức từ bao quanh một dây dẫn mang dòng điện và luôn đóng.
Các đường sức điện đi từ điện tích này sang điện tích khác.

Sóng điện từ luôn là sóng ngang. Nghĩa là các đường sức từ và điện nằm trong mặt phẳng vuông góc với hướng truyền.

Cường độ trường điện từ là đặc tính cường độ của trường. Ngoài ra, lực căng là một đại lượng vectơ, nghĩa là nó có điểm bắt đầu và hướng.
Cường độ trường có hướng tiếp tuyến với các đường sức.

Vì cường độ điện trường và từ trường vuông góc với nhau nên có một quy luật xác định hướng truyền sóng. Khi vít quay dọc theo đường ngắn nhất từ vectơ cường độ điện trường đến vectơ cường độ từ trường, chuyển động tịnh tiến của vít sẽ biểu thị hướng truyền sóng.

Shmelev V.E., Sbitnev S.A.

“CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN”

"Lý thuyết trường điện từ"

Chương 1. Những khái niệm cơ bản của lý thuyết trường điện từ

§ 1.1. Định nghĩa trường điện từ và các đại lượng vật lý của nó.
Bộ máy toán học của lý thuyết trường điện từ

Điện từ trường(EMF) là một loại vật chất tác dụng lực lên các hạt tích điện và được xác định tại mọi điểm bởi hai cặp đại lượng vectơ đặc trưng cho hai mặt của nó - điện trường và từ trường.

Điện trường là một thành phần của EMF, được đặc trưng bởi tác động lên hạt tích điện có lực tỷ lệ với điện tích của hạt và không phụ thuộc vào tốc độ của nó.

Từ trường là một thành phần của EMF, được đặc trưng bởi tác động lên một hạt chuyển động với lực tỷ lệ thuận với điện tích của hạt và tốc độ của nó.

Các tính chất cơ bản và phương pháp tính toán EMF được nghiên cứu trong quá trình cơ sở lý thuyết của kỹ thuật điện bao gồm nghiên cứu định tính và định lượng về EMF được tìm thấy trong các thiết bị điện, điện tử và y sinh. Với mục đích này, các phương trình điện động lực học ở dạng tích phân và vi phân là phù hợp nhất.

Bộ máy toán học của lý thuyết trường điện từ (TEMF) dựa trên lý thuyết trường vô hướng, phân tích vectơ và tensor, cũng như phép tính vi phân và tích phân.

Câu hỏi bảo mật

1. Trường điện từ là gì?

2. Thế nào gọi là điện trường và từ trường?

3. Bộ máy toán học của lý thuyết trường điện từ dựa trên cơ sở nào?

§ 1.2. Các đại lượng vật lý đặc trưng cho EMF

Vectơ cường độ điện trường tại điểm Q là vectơ lực tác dụng lên một hạt đứng yên mang điện đặt tại một điểm Q, nếu hạt này có điện tích dương đơn vị.

Theo định nghĩa này, lực điện tác dụng lên điện tích điểm q bằng:

Ở đâu E đo bằng V/m.

Từ trường được đặc trưng vectơ cảm ứng từ. Cảm ứng từ tại một số điểm quan sát Q là đại lượng vectơ có mô đun bằng lực từ tác dụng lên hạt tích điện đặt tại một điểm Q, có điện tích đơn vị và chuyển động với vận tốc đơn vị, và các vectơ lực, tốc độ, cảm ứng từ, cũng như điện tích của hạt thỏa mãn điều kiện

Lực từ tác dụng lên một dây dẫn cong mang dòng điện có thể được xác định theo công thức

Một dây dẫn thẳng nếu đặt trong từ trường đều thì chịu tác dụng của lực từ sau:

Trong tất cả các công thức mới nhất B - cảm ứng từ, được đo bằng teslas (T).

1 T là cảm ứng từ trong đó một lực từ bằng 1 N tác dụng lên một dây dẫn thẳng có dòng điện 1A, nếu các đường cảm ứng từ hướng vuông góc với dây dẫn có dòng điện và nếu chiều dài của dây dẫn là 1m.

Ngoài cường độ điện trường và cảm ứng từ, các đại lượng vectơ sau đây được xem xét trong lý thuyết về trường điện từ:

1) cảm ứng điện D (độ dịch chuyển điện), được đo bằng C/m 2,

Các vectơ EMF là các hàm của không gian và thời gian:

Ở đâu Q- điểm quan sát, t- khoảnh khắc trong thời gian.

Nếu điểm quan sát Q trong chân không thì các mối liên hệ sau đây giữ giữa các cặp đại lượng vectơ tương ứng

trong đó là hằng số điện môi tuyệt đối của chân không (hằng số điện cơ bản), =8,85419*10 -12;

Độ thấm từ tuyệt đối của chân không (hằng số từ cơ bản); = 4π*10 -7 .

Câu hỏi bảo mật

1. Cường độ điện trường là gì?

2. Cảm ứng từ được gọi là gì?

3. Lực từ tác dụng lên một hạt tích điện chuyển động là lực gì?

4. Lực từ tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện là bao nhiêu?

5. Điện trường có đặc điểm là đại lượng vectơ nào?

6. Những đại lượng vectơ nào được đặc trưng bởi từ trường?

§ 1.3. Nguồn điện trường

Nguồn của EMF là điện tích, lưỡng cực điện, điện tích chuyển động, dòng điện, lưỡng cực từ.

Các khái niệm về điện tích và dòng điện được đưa ra trong môn vật lý. Dòng điện có ba loại:

1. Dòng điện dẫn.

2. Dòng điện dịch chuyển.

3. Chuyển dòng điện.

Dòng điện dẫn- tốc độ truyền các điện tích chuyển động của vật dẫn điện qua một bề mặt nhất định.

Dòng điện thiên vị- tốc độ thay đổi của vectơ dịch chuyển điện qua một bề mặt nhất định.

Chuyển hiện tạiđược đặc trưng bởi biểu thức sau

Ở đâu v - tốc độ di chuyển của vật thể qua bề mặt S; N - vectơ đơn vị vuông góc với bề mặt; v - mật độ điện tích tuyến tính của các vật thể bay qua bề mặt theo hướng pháp tuyến; ρ - mật độ thể tích của điện tích; ρ

- mật độ dòng truyền. Lưỡng cực điện q gọi là một cặp điện tích điểm + q Và - , nằm ở khoảng cách tôi

với nhau (Hình 1).

Một lưỡng cực điện điểm được đặc trưng bởi vectơ mô men lưỡng cực điện: Lưỡng cực từ gọi là mạch phẳng có dòng điện TÔI.

Ở đâu S - vectơ diện tích của một mặt phẳng trải dài trên mạch mang dòng điện. Vectơ S hướng vuông góc với bề mặt phẳng này và khi nhìn từ điểm cuối của vectơ S , khi đó chuyển động dọc theo đường viền theo hướng trùng với hướng của dòng điện sẽ xảy ra ngược chiều kim đồng hồ. Điều này có nghĩa là hướng của vectơ mô men từ lưỡng cực có liên quan đến hướng của dòng điện theo quy tắc vít bên phải.

Các nguyên tử và phân tử của vật chất là các lưỡng cực điện và từ, do đó mỗi điểm của một loại vật liệu trong EMF có thể được đặc trưng bởi mật độ thể tích của mômen lưỡng cực điện và từ:

P - Độ phân cực điện của chất:

M - Từ hóa của chất:

Sự phân cực điện của vật chất là đại lượng vectơ bằng mật độ thể tích của mô men lưỡng cực điện tại một điểm nào đó trên vật thể thực.

Từ hóa của một chất là đại lượng vectơ bằng mật độ thể tích của mômen lưỡng cực từ tại một điểm nào đó của vật thể.

Độ lệch điện là đại lượng vectơ, mà đối với bất kỳ điểm quan sát nào, bất kể nó ở trong chân không hay trong vật chất, đều được xác định từ hệ thức:

(đối với chân không hoặc chất),

(chỉ chân không).

Cường độ từ trường- đại lượng vectơ, đối với bất kỳ điểm quan sát nào, bất kể nó ở trong chân không hay trong một chất, được xác định từ hệ thức:

trong đó cường độ từ trường được đo bằng A/m.

Ngoài sự phân cực và từ hóa, còn có các nguồn EMF được phân bố theo thể tích khác:

- mật độ điện tích thể tích ; ,

trong đó mật độ điện tích thể tích được đo bằng C/m3;

- vectơ mật độ dòng điện, có thành phần bình thường bằng

Tổng quát hơn, dòng điện chạy qua một bề mặt hở S, bằng thông lượng vectơ mật độ dòng điện qua bề mặt này:

trong đó vectơ mật độ dòng điện được đo bằng A/m 2.

Câu hỏi bảo mật

1. Nguồn của trường điện từ là gì?

2. Dòng điện dẫn là gì?

3. Dòng điện phân cực là gì?

4. Dòng điện chuyển là gì?

5. Lưỡng cực điện và mômen lưỡng cực điện là gì?

6. Lưỡng cực từ và mômen lưỡng cực từ là gì?

7. Độ phân cực điện và độ từ hóa của một chất được gọi là gì?

8. Thế nào gọi là độ dịch chuyển điện?

9. Cường độ từ trường được gọi là gì?

10. Mật độ thể tích của điện tích và mật độ dòng điện là bao nhiêu?

Ví dụ ứng dụng MATLAB

Nhiệm vụ.

Được cho: Mạch có dòng điện TÔI trong không gian biểu thị chu vi của một hình tam giác, tọa độ Descartes của các đỉnh được cho: x 1 , x 2 , x 3 , y 1 , y 2 , y 3 , z 1 , z 2 , z 3. Ở đây chỉ số dưới là số của các đỉnh. Các đỉnh được đánh số theo chiều dòng điện.

Yêu cầu soạn hàm MATLAB tính toán vectơ mômen từ lưỡng cực của vòng dây. Khi biên dịch một m-file, chúng ta có thể giả sử rằng tọa độ không gian được đo bằng mét và dòng điện được đo bằng ampe. Cho phép tổ chức tùy ý các tham số đầu vào và đầu ra.

Giải pháp

% m_dip_moment - tính mômen lưỡng cực từ của mạch tam giác có dòng điện trong không gian

% chiều = m_dip_moment(tok,node)

% THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

% tok - dòng điện trong mạch;

% nút là một ma trận vuông có dạng ".", mỗi hàng chứa tọa độ của đỉnh tương ứng.

% THAM SỐ ĐẦU RA

% chiều là ma trận hàng của các thành phần Descartes của vectơ mômen lưỡng cực từ.

hàm pm = m_dip_moment(tok,node);

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

% Trong câu lệnh cuối cùng, vectơ diện tích tam giác được nhân với dòng điện

>> nút=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,nút)

13.442 20.637 -2.9692

Trong trường hợp này nó đã hoạt động P M = (13,442* 1 x + 20.637*1 y - 2.9692*1 z) A*m 2 nếu dòng điện trong mạch là 1 A.

§ 1.4. Toán tử vi phân không gian trong lý thuyết trường điện từ

Độ dốc trường vô hướng Φ( Q) = Φ( x, y, z) là trường vectơ được xác định bởi công thức:

Ở đâu V. 1 - vùng chứa điểm Q; S 1 - bề mặt khép kín bao quanh khu vực V. 1 , Q 1 - điểm thuộc bề mặt S 1 ; δ - khoảng cách lớn nhất từ điểm Q tới các điểm trên bề mặt S 1 (tối đa| Q Q 1 |).

sự khác biệt trường vector F (Q)=F (x, y, z) được gọi là trường vô hướng, được xác định bởi công thức:

Cánh quạt trường vectơ (xoáy) F (Q)=F (x, y, z) là trường vectơ được xác định bởi công thức:

thối rữa F =

Toán tử Nabla là một toán tử vi phân vectơ, trong tọa độ Descartes được xác định theo công thức:

Hãy biểu diễn grad, div và rot thông qua toán tử nabla:

Hãy viết các toán tử này theo tọa độ Descartes:

; ;

Toán tử Laplace trong tọa độ Descartes được xác định theo công thức:

Toán tử vi phân bậc hai:

định lý tích phân

định lý gradient ;

Định lý phân kỳ

Định lý Rotor

Trong lý thuyết về EMF, một định lý tích phân nữa cũng được sử dụng:

Câu hỏi bảo mật

1. Cái gì được gọi là gradient trường vô hướng?

2. Thế nào được gọi là sự phân kỳ của trường vectơ?

3. Độ cong của trường vectơ được gọi là gì?

4. Toán tử nabla là gì và các toán tử vi phân bậc nhất được thể hiện thông qua nó như thế nào?

5. Định lý tích phân nào đúng cho trường vô hướng và trường vectơ?

Ví dụ ứng dụng MATLAB

Nhiệm vụ.

Được cho: Trong thể tích của một tứ diện, trường vô hướng và vectơ thay đổi theo quy luật tuyến tính. Tọa độ của các đỉnh tứ diện được xác định bởi ma trận có dạng [ x 1 , y 1 , z 1 ; x 2 , y 2 , z 2 ; x 3 , y 3 , z 3 ; x 4 , y 4 , z 4]. Các giá trị của trường vô hướng tại các đỉnh được xác định bởi ma trận [Ф 1 ; F2; F3; F 4]. Các thành phần Descartes của trường vectơ tại các đỉnh được xác định bởi ma trận [ 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].

Định nghĩa về thể tích của tứ diện, độ dốc của trường vô hướng, cũng như độ phân kỳ và độ cong của trường vectơ. Viết hàm MATLAB cho việc này.

Giải pháp. Dưới đây là nội dung của hàm m.

% grad_div_rot - Tính toán độ dốc, độ phân kỳ và rôto... trong thể tích của một khối tứ diện

% =grad_div_rot(nút,vô hướng,vectơ)

% THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

% nút - ma trận tọa độ các đỉnh tứ diện:

% hàng tương ứng với đỉnh, cột - tọa độ;

% vô hướng - ma trận cột của các giá trị trường vô hướng tại các đỉnh;

% vector - ma trận các thành phần trường vector tại các đỉnh:

% THÔNG SỐ ĐẦU RA

% grad - ma trận hàng các thành phần Descartes của gradient của trường vô hướng;

% div - giá trị phân kỳ của trường vectơ trong thể tích của tứ diện;

% rot là ma trận hàng của các thành phần Descartes của rôto trường vectơ.

% Trong tính toán giả sử rằng trong thể tích của tứ diện

% trường vectơ và trường vô hướng thay đổi trong không gian theo quy luật tuyến tính.

hàm =grad_div_rot(nút,vô hướng,vectơ);

a=inv(); % Ma trận hệ số nội suy tuyến tính

grad=(a(2:end,:)*scalar)."; % Thành phần gradient của trường vô hướng

div=*vector(:); % phân kỳ trường vectơ

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

Một ví dụ về chạy hàm m đã phát triển:

>> nút=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

>> vô hướng=rand(4,1)

>> vectơ=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(nút,vô hướng,vectơ)

0.16983 -0.03922 -0.17125

0.91808 0.20057 0.78844

Nếu chúng ta giả sử rằng tọa độ không gian được đo bằng mét và các trường vectơ và vô hướng là không thứ nguyên, thì trong ví dụ này, chúng ta nhận được:

cấp độ Ф = (-0.16983* 1 x - 0.03922*1 y - 0.17125*1 z) m -1 ;

div F = -1,0112 m -1 ;

thối rữa F = (-0.91808*1 x + 0.20057*1 y + 0.78844*1 z) m -1 .

§ 1.5. Các định luật cơ bản của lý thuyết trường điện từ

Phương trình EMF ở dạng tích phân

Tổng số luật hiện hành:

hoặc

Sự tuần hoàn của vectơ cường độ từ trường dọc theo đường viền , nằm ở khoảng cách bằng tổng dòng điện chạy qua bề mặt S, kéo dài trên đường viền , nằm ở khoảng cách, nếu chiều dòng điện tạo thành hệ thuận tay phải với chiều đi vòng mạch.

Định luật cảm ứng điện từ:

Ở đâu E c là cường độ điện trường ngoài.

Cảm ứng điện từ EMF e và trong mạch , nằm ở khoảng cách bằng tốc độ biến thiên của từ thông qua bề mặt S, kéo dài trên đường viền , nằm ở khoảng cách, và hướng của tốc độ thay đổi của dạng từ thông với hướng e và một hệ thống vít thuận tay trái.

Định lý Gauss ở dạng tích phân:

Vector dịch chuyển điện truyền qua một bề mặt kín S bằng tổng điện tích tự do trong thể tích giới hạn bởi bề mặt S.

Định luật liên tục của đường cảm ứng từ:

Từ thông qua bất kỳ bề mặt kín nào đều bằng không.

Việc áp dụng trực tiếp các phương trình ở dạng tích phân giúp tính toán các trường điện từ đơn giản nhất. Để tính toán các trường điện từ có hình dạng phức tạp hơn, người ta sử dụng các phương trình ở dạng vi phân. Những phương trình này được gọi là phương trình Maxwell.

Phương trình Maxwell cho môi trường đứng yên

Các phương trình này suy ra trực tiếp từ các phương trình tương ứng ở dạng tích phân và từ các định nghĩa toán học của các toán tử vi phân không gian.

Tổng luật hiện hành ở dạng vi phân:

Tổng mật độ dòng điện,

Mật độ dòng điện ngoài

Mật độ dòng dẫn,

Mật độ dòng điện thiên vị: ,

Mật độ dòng truyền: .

Điều này có nghĩa là dòng điện là nguồn xoáy của vectơ cường độ từ trường.

Định luật cảm ứng điện từ ở dạng vi phân:

Điều này có nghĩa là từ trường xoay chiều là nguồn xoáy cho sự phân bố không gian của vectơ cường độ điện trường.

Phương trình tính liên tục của đường cảm ứng từ:

Điều này có nghĩa là trường của vectơ cảm ứng từ không có nguồn, tức là Trong tự nhiên không có điện tích từ (đơn cực từ).

Định lý Gauss ở dạng vi phân:

Điều này có nghĩa là nguồn của vectơ trường dịch chuyển điện là các điện tích.

Để đảm bảo tính duy nhất của lời giải cho bài toán phân tích EMF, cần bổ sung các phương trình Maxwell bằng các phương trình liên kết vật chất giữa các vectơ E Và D , và cũng B Và H .

Mối quan hệ giữa vectơ trường và tính chất điện của môi trường

Người ta biết rằng

(1)

Tất cả các chất điện môi đều bị phân cực dưới tác dụng của điện trường. Tất cả các nam châm đều bị từ hóa dưới tác dụng của từ trường. Tính chất điện môi tĩnh của một chất có thể được mô tả hoàn toàn bằng sự phụ thuộc chức năng của vectơ phân cực P từ vectơ cường độ điện trường E (P =P (E )). Tính chất từ tĩnh của một chất có thể được mô tả hoàn toàn bằng sự phụ thuộc chức năng của vectơ từ hóa M từ vectơ cường độ từ trường H (M =M (H )). Trong trường hợp tổng quát, sự phụ thuộc như vậy về bản chất là mơ hồ (cuồng loạn). Điều này có nghĩa là vectơ phân cực hoặc từ hóa tại một điểm Qđược xác định không chỉ bởi giá trị của vectơ E hoặc H tại thời điểm này, mà còn là nền tảng của sự thay đổi trong vectơ E hoặc H vào thời điểm này. Việc nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa các sự phụ thuộc này là vô cùng khó khăn. Vì vậy, trong thực tế người ta thường giả định rằng các vectơ P Và E , và cũng M Và H là thẳng hàng và tính chất điện của một chất được mô tả bằng hàm trễ vô hướng (| P |=|P |(|E |), |M |=|M |(|H |). Nếu có thể bỏ qua đặc tính trễ của các hàm trên thì các đặc tính điện được mô tả bằng các hàm rõ ràng P=P(E), M=M(H).

Trong nhiều trường hợp, các hàm này có thể được coi là tuyến tính gần đúng, tức là

Khi đó, xét đến quan hệ (1), chúng ta có thể viết biểu thức sau

(4)

Theo đó, độ thấm điện môi và từ tính tương đối của chất:

Hằng số điện môi tuyệt đối của một chất:

Tính thấm từ tuyệt đối của một chất:

Mối quan hệ (2), (3), (4) đặc trưng cho tính chất điện môi và từ tính của chất. Tính chất dẫn điện của một chất có thể được mô tả bằng định luật Ohm dưới dạng vi phân

đâu là độ dẫn điện riêng của chất đó, được đo bằng S/m.

Trong trường hợp tổng quát hơn, mối quan hệ giữa mật độ dòng điện dẫn và vectơ cường độ điện trường có đặc tính trễ vectơ phi tuyến.

Năng lượng trường điện từ

Mật độ năng lượng thể tích của điện trường bằng

Ở đâu W e được đo bằng J/m3.

Mật độ năng lượng thể tích của từ trường bằng

Ở đâu W m được đo bằng J/m3.

Mật độ năng lượng thể tích của trường điện từ bằng

Trong trường hợp tính chất điện và từ tuyến tính của vật chất, mật độ năng lượng thể tích của EMF bằng

Biểu thức này hợp lệ đối với các giá trị tức thời của vectơ năng lượng và EMF cụ thể.

Công suất riêng tổn thất nhiệt từ dòng điện dẫn

Mật độ năng lượng của nguồn bên thứ ba

Câu hỏi bảo mật

1. Định luật dòng điện tổng được xây dựng dưới dạng tích phân như thế nào?

2. Định luật cảm ứng điện từ được biểu diễn dưới dạng tích phân như thế nào?

3. Định lý Gauss và định luật liên tục từ thông được xây dựng dưới dạng tích phân như thế nào?

4. Pháp luật tổng thể hiện hành được xây dựng dưới dạng vi phân như thế nào?

5. Định luật cảm ứng điện từ được phát biểu dưới dạng vi phân như thế nào?

6. Định lý Gauss và định luật về tính liên tục của đường cảm ứng từ được xây dựng dưới dạng tích phân như thế nào?

7. Những mối liên hệ nào mô tả tính chất điện của một chất?

8. Năng lượng của trường điện từ được biểu diễn như thế nào thông qua các đại lượng vectơ xác định nó?

9. Công suất riêng của tổn thất nhiệt và công suất riêng của nguồn bên thứ ba được xác định như thế nào?

Ví dụ ứng dụng MATLAB

Vấn đề 1.

Được cho: Bên trong thể tích của khối tứ diện, cảm ứng từ và độ từ hóa của chất đó thay đổi theo quy luật tuyến tính. Tọa độ các đỉnh của tứ diện đã cho, giá trị của vectơ cảm ứng từ và từ hóa của chất tại các đỉnh cũng được cho.

Tính toán mật độ dòng điện trong thể tích của tứ diện, sử dụng hàm m được biên dịch khi giải bài toán ở đoạn trước. Thực hiện phép tính trong cửa sổ lệnh MATLAB, giả sử rằng tọa độ không gian được đo bằng milimét, cảm ứng từ tính bằng tesla, cường độ từ trường và từ hóa tính bằng kA/m.

Giải pháp.

Hãy đặt dữ liệu ban đầu ở định dạng tương thích với hàm m grad_div_rot:

>> nút=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 % độ thấm từ tuyệt đối của chân không, µH/mm

>> 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(node,ones(4,1),B/mu0-M)

0 -3.0358e-017 0

914.2 527.76 -340.67

Trong ví dụ này, vectơ của mật độ dòng điện tổng trong khối đang xem xét hóa ra bằng (-914,2* 1 x + 527.76*1 y - 340.67*1 z) A/mm2 . Để xác định mô đun của mật độ dòng điện, chúng ta thực hiện toán tử sau:

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

Giá trị tính toán của mật độ dòng điện không thể thu được trong môi trường có từ tính cao trong các thiết bị kỹ thuật thực tế. Ví dụ này hoàn toàn mang tính giáo dục. Bây giờ chúng ta hãy kiểm tra tính đúng đắn của việc xác định sự phân bố cảm ứng từ trong thể tích của khối tứ diện. Để làm điều này, chúng tôi thực hiện câu lệnh sau:

>> =grad_div_rot(nút,cái(4,1),B)

0 -3.0358e-017 0

0.38115 0.37114 -0.55567

Ở đây chúng tôi nhận được giá trị div B = -0,34415 T/mm, không thể tuân theo định luật liên tục của đường cảm ứng từ ở dạng vi phân. Từ đó dẫn đến sự phân bố cảm ứng từ trong thể tích của khối tứ diện được xác định không chính xác.

Vấn đề 2.

Cho một khối tứ diện có tọa độ các đỉnh đã cho ở trong không khí (đơn vị đo là mét). Cho các giá trị của vectơ cường độ điện trường tại các đỉnh của nó (đơn vị đo - kV/m).

Yêu cầu tính mật độ điện tích thể tích bên trong tứ diện.

Giải pháp có thể được thực hiện tương tự:

>> nút=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% hằng số điện môi tuyệt đối của chân không, nF/m

>> 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

Trong ví dụ này, mật độ điện tích thể tích bằng 0,10685 µC/m 3.

§ 1.6. Điều kiện biên của vectơ EMF.
Định luật bảo toàn điện tích. Định lý Umov-Poynting

hoặc

Ở đây nó được chỉ định: H 1 - vectơ cường độ từ trường tại mặt phân cách giữa các môi trường trong môi trường số 1; H 2 - tương tự ở môi trường số 2; H 1t- thành phần tiếp tuyến (tiếp tuyến) của vectơ cường độ từ trường tại giao diện giữa các môi trường trong môi trường số 1; H 2t- tương tự ở môi trường số 2; E 1 vectơ cường độ điện trường tổng tại mặt phân cách giữa các môi trường trong môi trường số 1; E 2 - tương tự ở môi trường số 2; E 1 c - thành phần bên thứ ba của vectơ cường độ điện trường tại giao diện giữa các môi trường trong môi trường số 1; E 2c - tương tự ở môi trường số 2; E 1t- thành phần tiếp tuyến của vectơ cường độ điện trường tại mặt phân cách giữa các môi trường trong môi trường số 1; E 2t- tương tự ở môi trường số 2; E 1 giây t- thành phần tiếp tuyến bên thứ ba của vectơ cường độ điện trường tại giao diện giữa các môi trường trong môi trường số 1; E 2t- tương tự ở môi trường số 2; B 1 - vectơ cảm ứng từ tại mặt phân cách giữa các môi trường trong môi trường số 1; B 2 - tương tự ở môi trường số 2; B 1N- thành phần pháp tuyến của vectơ cảm ứng từ tại giao diện giữa các môi trường trong môi trường số 1; B 2N- tương tự ở môi trường số 2; D 1 - vectơ dịch chuyển điện tại mặt phân cách giữa các môi trường trong môi trường số 1; D 2 - tương tự ở môi trường số 2; D 1N- thành phần pháp tuyến của vectơ dịch chuyển điện tại giao diện giữa các môi trường trong môi trường số 1; D 2N- tương tự ở môi trường số 2; σ là mật độ bề mặt của điện tích tại bề mặt phân cách, đo bằng C/m2.

Định luật bảo toàn điện tích

Nếu không có nguồn hiện tại của bên thứ ba thì

và trong trường hợp tổng quát, tức là vectơ mật độ dòng điện tổng không có nguồn, tức là các đường dây tổng luôn đóng

Định lý Umov-Poynting

Mật độ năng lượng thể tích được tiêu thụ bởi một điểm vật chất trong EMF bằng

Phù hợp với danh tính (1)

Đây là phương trình cân bằng công suất cho khối lượng V.. Trong trường hợp tổng quát, theo đẳng thức (3), công suất điện từ do các nguồn bên trong khối tạo ra V., dẫn đến tổn thất nhiệt, tích tụ năng lượng EMF và bức xạ vào không gian xung quanh thông qua một bề mặt kín làm hạn chế thể tích này.

Tích phân trong tích phân (2) được gọi là vectơ Poynting:

Ở đâu Pđược đo bằng W/m2.

Vectơ này bằng mật độ thông lượng điện từ tại một số điểm quan sát. Đẳng thức (3) là biểu thức toán học của định lý Umov-Poynting.

Năng lượng điện từ phát ra từ khu vực V. vào không gian xung quanh bằng thông lượng của vectơ Poynting qua một mặt kín S, giới hạn diện tích V..

Câu hỏi bảo mật

1. Biểu thức nào mô tả các điều kiện biên của vectơ trường điện từ tại các mặt phân cách giữa các môi trường?

2. Định luật bảo toàn điện tích được phát biểu dưới dạng vi phân như thế nào?

3. Định luật bảo toàn điện tích được phát biểu dưới dạng nguyên như thế nào?

4. Biểu thức nào mô tả các điều kiện biên của mật độ dòng điện tại các mặt phân cách?

5. Mật độ năng lượng thể tích mà một điểm vật chất trong trường điện từ tiêu thụ là bao nhiêu?

6. Phương trình cân bằng công suất điện từ được viết cho một khối lượng nhất định như thế nào?

7. Vectơ Poynting là gì?

8. Định lý Umov-Poynting được xây dựng như thế nào?

Ví dụ ứng dụng MATLAB

Nhiệm vụ.

Được cho: Có một bề mặt hình tam giác trong không gian. Tọa độ của các đỉnh được cho trước. Các giá trị của vectơ cường độ điện trường và từ trường tại các đỉnh cũng được xác định. Thành phần cường độ điện trường của bên thứ ba bằng không.

Yêu cầu tính năng lượng điện từ truyền qua bề mặt tam giác này. Viết hàm MATLAB thực hiện phép tính này. Khi tính toán, giả sử rằng vectơ pháp tuyến dương có hướng sao cho khi nhìn từ đầu của nó, chuyển động theo thứ tự tăng dần của số đỉnh sẽ xảy ra ngược chiều kim đồng hồ.

Giải pháp. Dưới đây là nội dung của hàm m.

% em_power_tri - tính công suất điện từ đi qua

% bề mặt tam giác trong không gian

% P=em_power_tri(nút,E,H)

% THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

% nút là một ma trận vuông có dạng ",

% trên mỗi dòng ghi tọa độ của đỉnh tương ứng.

% E - ma trận các thành phần của vectơ cường độ điện trường tại các đỉnh:

% hàng tương ứng với các đỉnh, cột - Thành phần Descartes.

%H - ma trận các thành phần của vectơ cường độ từ trường tại các đỉnh.

% THAM SỐ ĐẦU RA

% P - năng lượng điện từ đi qua tam giác

% Trong tính toán giả sử rằng trên tam giác

% vectơ cường độ trường thay đổi trong không gian theo quy luật tuyến tính.

hàm P=em_power_tri(nút,E,H);

% Tính vectơ diện tích kép của tam giác

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

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

Một ví dụ về chạy hàm m đã phát triển:

>> nút=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(nút,E,H)

Nếu chúng ta giả sử rằng tọa độ không gian được đo bằng mét, vectơ cường độ điện trường tính bằng volt trên mét và vectơ cường độ từ trường tính bằng ampe trên mét, thì trong ví dụ này, năng lượng điện từ truyền qua tam giác bằng 0,18221 W .

1. Giới thiệu. Đối tượng nghiên cứu của vaology.

3. Các nguồn điện từ trường chính.

5. Các phương pháp bảo vệ sức khỏe con người khỏi ảnh hưởng điện từ.

6. Danh mục tài liệu, tài liệu được sử dụng.

1. Giới thiệu. Đối tượng nghiên cứu của vaology.

1.1 Giới thiệu.

Valeology - từ lat. “valeo” - “xin chào” - là một môn khoa học nghiên cứu sức khỏe cá nhân của một người khỏe mạnh. Sự khác biệt cơ bản giữa valeology và các ngành khác (đặc biệt là từ y học thực hành) nằm chính xác ở cách tiếp cận cá nhân để đánh giá sức khỏe của từng đối tượng cụ thể (không tính đến dữ liệu chung và trung bình cho bất kỳ nhóm nào).

Lần đầu tiên, valeology như một môn khoa học được đăng ký chính thức vào năm 1980. Người sáng lập của nó là nhà khoa học người Nga I. I. Brekhman, người làm việc tại Đại học bang Vladivostok.

Hiện nay, ngành học mới đang tích cực phát triển, các công trình khoa học đang được tích lũy và nghiên cứu thực tế đang được tích cực tiến hành. Đang có sự chuyển đổi dần dần từ vị thế của một ngành khoa học sang vị thế của một ngành khoa học độc lập.

1.2 Đối tượng nghiên cứu của valogology.

Đối tượng nghiên cứu của valeology là sức khỏe cá nhân của một người khỏe mạnh và các yếu tố ảnh hưởng đến nó. Ngoài ra, valeology liên quan đến việc hệ thống hóa lối sống lành mạnh, có tính đến tính cá nhân của một chủ đề cụ thể.

Định nghĩa phổ biến nhất về khái niệm “sức khỏe” hiện nay là định nghĩa được các chuyên gia của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đề xuất:

Sức khỏe là trạng thái thoải mái về thể chất, tinh thần và xã hội.

Giá trị học hiện đại xác định các đặc điểm chính sau đây của sức khỏe cá nhân:

1. Sự sống là biểu hiện phức tạp nhất của sự tồn tại của vật chất, vượt qua sự phức tạp của nhiều phản ứng hóa lý và sinh học khác nhau.

2. Cân bằng nội môi là trạng thái gần như tĩnh của các dạng sống, được đặc trưng bởi sự biến đổi trong khoảng thời gian tương đối lớn và trạng thái tĩnh thực tế trong thời gian ngắn.

3. Thích ứng – đặc tính của các dạng sống là thích ứng với những điều kiện tồn tại thay đổi và tình trạng quá tải.

Trong trường hợp rối loạn thích ứng hoặc những thay đổi quá đột ngột và căn bản về điều kiện sẽ xảy ra hiện tượng điều chỉnh sai - căng thẳng.

4. Kiểu hình là tập hợp các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của cơ thể sống. Ngoài ra, thuật ngữ “kiểu hình” mô tả một tập hợp các đặc điểm về sự phát triển và sinh lý của một sinh vật.

5. Kiểu gen là tập hợp các yếu tố di truyền ảnh hưởng đến sự phát triển của cơ thể sống, là tổ hợp vật chất di truyền của bố mẹ. Khi gen dị dạng được truyền từ cha mẹ sẽ phát sinh các bệnh lý di truyền.

6. Lối sống – một tập hợp các khuôn mẫu và chuẩn mực hành vi đặc trưng cho một sinh vật cụ thể.

2. Trường điện từ, loại, đặc điểm và phân loại của nó.

2.1 Các định nghĩa cơ bản. Các loại trường điện từ.

Trường điện từ là một dạng vật chất đặc biệt trong đó xảy ra tương tác giữa các hạt tích điện.

Điện trường - được tạo ra bởi các điện tích và các hạt tích điện trong không gian. Hình vẽ cho thấy hình ảnh các đường sức (các đường tưởng tượng được sử dụng để biểu diễn trực quan các trường) của điện trường đối với hai hạt tích điện đứng yên:

Từ trường - được tạo ra bởi sự chuyển động của các điện tích dọc theo dây dẫn. Hình ảnh đường sức của một dây dẫn đơn được thể hiện trong hình:

Lý do vật lý cho sự tồn tại của trường điện từ là do điện trường biến thiên theo thời gian sẽ kích thích từ trường và từ trường biến thiên sẽ kích thích điện trường xoáy. Liên tục thay đổi, cả hai thành phần đều hỗ trợ sự tồn tại của trường điện từ. Trường của một hạt đứng yên hoặc chuyển động đều có mối liên hệ chặt chẽ với chất mang (hạt tích điện).

Tuy nhiên, với sự chuyển động ngày càng nhanh của các sóng mang, trường điện từ “tách ra” khỏi chúng và tồn tại độc lập trong môi trường, dưới dạng sóng điện từ, không biến mất khi loại bỏ sóng mang (ví dụ, sóng vô tuyến không biến mất). khi dòng điện (chuyển động của các sóng mang - electron) trong ăng-ten phát ra chúng biến mất).

2.2 Đặc tính cơ bản của trường điện từ.

Điện trường được đặc trưng bởi cường độ điện trường (ký hiệu “E”, kích thước SI – V/m, vectơ). Từ trường được đặc trưng bởi cường độ từ trường (ký hiệu “H”, chiều SI – A/m, vector). Mô-đun (chiều dài) của vectơ thường được đo.

Sóng điện từ được đặc trưng bởi bước sóng (ký hiệu "(", kích thước SI - m), nguồn phát của chúng - tần số (ký hiệu - "(", kích thước SI - Hz). Trong hình, E là vectơ cường độ điện trường, H là vectơ cường độ từ trường.

Ở tần số 3 – 300 Hz, khái niệm cảm ứng từ (ký hiệu “B”, chiều SI - T) cũng có thể được sử dụng như một đặc tính của từ trường.

2.3 Phân loại trường điện từ.

Cách được sử dụng phổ biến nhất là cái gọi là phân loại “khu vực” của trường điện từ theo mức độ khoảng cách từ nguồn/sóng mang.

Theo cách phân loại này, trường điện từ được chia thành vùng “gần” và vùng “xa”. Vùng “gần” (đôi khi được gọi là vùng cảm ứng) kéo dài đến một khoảng cách tính từ nguồn bằng 0-3(,de ( - độ dài của sóng điện từ do trường tạo ra. Trong trường hợp này, cường độ trường giảm nhanh ( tỷ lệ với bình phương hoặc lập phương của khoảng cách tới nguồn). Trong vùng này, sóng điện từ được tạo ra chưa được hình thành đầy đủ.

Vùng “xa” là vùng sóng điện từ được hình thành. Ở đây cường độ trường giảm tỷ lệ nghịch với khoảng cách đến nguồn.

Trong vùng này, mối quan hệ được xác định bằng thực nghiệm giữa cường độ điện trường và từ trường là hợp lệ:

trong đó 377 là trở kháng sóng không đổi của chân không, Ohm.

Sóng điện từ thường được phân loại theo tần số:

|Tên |Biên giới |Tên |Biên giới |

| tần số | phạm vi | sóng |

| Cực thấp, | Hz | Ừm |

|Siêu thấp, SLF | Hz | Ừm |

|Rất thấp, VLF | KHz | km |

|Tần số thấp, LF| KHz|Km | km |

|Trung bình, tầm trung | MHz | km |

|Cao, HF | MHz | m |

|Rất cao, VHF| MHz|Mét | m |

|Siêu cao, UHF| GHz |Decimét | m |

|Siêu cao, vi sóng | GHz | cm |

Cực kỳ cao, | GHz|Milimét | mm |

Thông thường, chỉ đo cường độ điện trường E ở tần số trên 300 MHz, đôi khi đo mật độ thông lượng năng lượng sóng hoặc vectơ chỉ (ký hiệu “S”, kích thước SI - W/m2).

3. Các nguồn chính của trường điện từ.

Các nguồn chính của trường điện từ có thể được xác định:

Đường dây điện.

Hệ thống dây điện (bên trong các tòa nhà và công trình).

Thiết bị điện gia dụng.

Máy tính cá nhân.

Đài phát thanh và truyền hình.

Thông tin vệ tinh và di động (thiết bị, bộ lặp).

Vận tải điện.

Lắp đặt radar.

3.1 Đường dây điện (PTL).

|Điện áp hoạt động |330 trở xuống |500 |750 |1150 |

|Đường dây điện, kV | | |

| |

|Kích thước |20 |30 |40 |55 |

| | | | |

|khu vực, m | | |

| |

(trên thực tế ranh giới vùng bảo vệ vệ sinh được xác lập dọc theo đường ranh giới có cường độ điện trường cực đại bằng 1 kV/m, cách xa dây dẫn nhất).

3.2 Hệ thống dây điện.

Hệ thống dây điện bao gồm: cáp cấp điện cho hệ thống hỗ trợ sự sống của tòa nhà, dây phân phối dòng điện cũng như bảng phân phối, hộp điện và máy biến áp. Hệ thống dây điện là nguồn chính của trường điện từ tần số công nghiệp trong khu dân cư. Trong trường hợp này, mức cường độ điện trường do nguồn phát ra thường tương đối thấp (không vượt quá 500 V/m).

3.3 Đồ điện gia dụng.

Nguồn của trường điện từ là tất cả các thiết bị gia dụng hoạt động bằng dòng điện. Trong trường hợp này, mức bức xạ thay đổi trong giới hạn rộng tùy thuộc vào kiểu máy, thiết kế thiết bị và chế độ hoạt động cụ thể. Ngoài ra, mức độ bức xạ phụ thuộc rất nhiều vào mức tiêu thụ điện năng của thiết bị - công suất càng cao thì mức độ trường điện từ trong quá trình hoạt động của thiết bị càng cao. Cường độ điện trường gần các thiết bị điện gia dụng không vượt quá hàng chục V/m.

Bảng dưới đây cho thấy mức cảm ứng từ tối đa cho phép đối với các nguồn từ trường mạnh nhất trong số các thiết bị điện gia dụng:

|Thiết bị |Khoảng thời gian tối đa cho phép |

| |giá trị cảm ứng từ, µT|

|Máy pha cà phê |

|Máy giặt | |

|Sắt |

|Máy hút bụi |

|Bếp điện | |

Đèn chiếu sáng ban ngày (đèn huỳnh quang LTB, | |

Máy khoan điện (động cơ điện | |

công suất W) |

|Máy trộn điện (động cơ điện | |

| W) |

|Truyền hình |

|Lò vi sóng (cảm ứng, vi sóng) | |

Gương phản chiếu tia sáng từ điện tích trên bề mặt |

|bề mặt màn hình (chói). |màn hình giám sát. |

|Nhân vật hoạt hình |Bức xạ cực tím (phạm vi |

|tái tạo hình ảnh |bước sóng nm). |

|(Cập nhật liên tục tần số cao | |

Bản chất rời rạc của hình ảnh Hồng ngoại và tia X |

|(chia thành điểm). | bức xạ ion hóa. |

Trong tương lai, là những yếu tố chính ảnh hưởng của SVO đến sức khỏe, chúng ta sẽ chỉ xem xét các yếu tố tiếp xúc với trường điện từ của ống tia âm cực.

Ngoài màn hình và thiết bị hệ thống, máy tính cá nhân cũng có thể bao gồm một số lượng lớn các thiết bị khác (chẳng hạn như máy in, máy quét, thiết bị chống sét, v.v.). Tất cả các thiết bị này hoạt động bằng dòng điện, nghĩa là chúng là nguồn của trường điện từ. Bảng sau đây cho thấy môi trường điện từ gần máy tính (sự đóng góp của màn hình không được tính đến trong bảng này như đã thảo luận trước đó):

Nguồn | Dải tần được tạo |

| |trường điện từ |

|Lắp ráp đơn vị hệ thống. |. |

Thiết bị I/O (máy in, | Hz. |

| máy quét, ổ đĩa, v.v.). |

|Nguồn điện liên tục, |. |

|bộ lọc và bộ ổn định dòng. | |

Trường điện từ của máy tính cá nhân có thành phần sóng và quang phổ rất phức tạp, khó đo lường và định lượng. Nó có các thành phần từ tính, tĩnh điện và bức xạ (đặc biệt, thế tĩnh điện của người ngồi trước màn hình có thể dao động từ –3 đến +5 V). Xem xét thực tế là máy tính cá nhân hiện đang được sử dụng tích cực trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người, tác động của chúng đối với sức khỏe con người phải được nghiên cứu và kiểm soát cẩn thận.

3.5 Đài phát thanh, truyền hình.

Nga hiện có một số lượng đáng kể các đài phát thanh và trung tâm của nhiều chi nhánh khác nhau.

Trường điện từ phát ra từ ăng-ten của các trung tâm phát sóng vô tuyến có thành phần quang phổ phức tạp và sự phân bố cường độ riêng lẻ tùy thuộc vào cấu hình của ăng-ten, địa hình và kiến trúc của các tòa nhà lân cận.

Một số dữ liệu trung bình cho các loại trung tâm phát sóng vô tuyến được trình bày trong bảng:

|đi vào trung tâm. | từ trường | |

| |trường, V/m. |A/m. |

LW - đài phát thanh 630 |

|KHz, | | |khoảng cách nhỏ hơn 1 chiều dài |

|CB – đài phát thanh |275 |

Gần ăng-ten (bật |

|200 kW). | | |

Đài phát thanh HF 44 |

|10 máy phát – | | mái nhà của các tòa nhà dân cư. |

|100 kW). | | |

|Truyền hình |15 |

Máy phát thường |

|đài phát thanh| |

| nằm ở độ cao |

| MHz, | | | cấp độ xây dựng. |

|quyền lực | | |

Điện thoại vô tuyến di động là một trong những hệ thống viễn thông phát triển nhanh nhất hiện nay. Các thành phần chính của hệ thống thông tin di động là các trạm cơ sở và điện thoại vô tuyến di động. Các trạm cơ sở duy trì liên lạc vô tuyến với các thiết bị di động, do đó chúng là nguồn của trường điện từ. Hệ thống này sử dụng nguyên tắc chia vùng phủ sóng thành các vùng hay còn gọi là “ô” với bán kính km. Bảng dưới đây trình bày các đặc điểm chính của hệ thống thông tin di động đang hoạt động ở Nga:

| | | | |Thứ ba |km.

|NMT450. | |

|Tương tự. |5] |5] | |

| |

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

|136). | | | | | |

| |

|DAMPS (LÀ – |||50 |0,2 | |

| |

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

|GSM – 900. |||40 |0,25 | |

|GSM – 1800. | |

|Kỹ thuật số. |0] |5] | |

| |

Cường độ bức xạ của trạm gốc được xác định bởi tải, nghĩa là sự hiện diện của chủ sở hữu điện thoại di động trong khu vực dịch vụ của một trạm gốc cụ thể và mong muốn sử dụng điện thoại của họ để trò chuyện, về cơ bản, phụ thuộc vào thời gian trong ngày, vị trí của nhà ga, ngày trong tuần và các yếu tố khác. Vào ban đêm, tải trạm gần như bằng không. Cường độ bức xạ từ thiết bị di động phụ thuộc phần lớn vào trạng thái của kênh liên lạc “điện thoại vô tuyến di động - trạm gốc” (khoảng cách từ trạm gốc càng lớn thì cường độ bức xạ của thiết bị càng cao).

3.7 Vận tải điện.

|Vận tải điện với |29 |110 |

|Ổ đĩa DC |

| |

|(ô tô điện, v.v.). | |

3.8 Lắp đặt radar.

Các thiết bị radar và radar thường có ăng-ten loại phản xạ (“đĩa”) và phát ra chùm sóng vô tuyến có hướng hẹp.

Sự chuyển động định kỳ của ăng-ten trong không gian dẫn đến sự gián đoạn của bức xạ trong không gian. Sự gián đoạn tạm thời của bức xạ cũng được quan sát thấy do hoạt động theo chu kỳ của radar đối với bức xạ. Chúng hoạt động ở tần số từ 500 MHz đến 15 GHz, nhưng một số cài đặt đặc biệt có thể hoạt động ở tần số lên tới 100 GHz trở lên. Do tính chất đặc biệt của bức xạ, chúng có thể tạo ra những vùng có mật độ dòng năng lượng cao (100 W/m2 trở lên).

4. Ảnh hưởng của trường điện từ đến sức khỏe cá nhân con người.

Cơ thể con người luôn phản ứng với một trường điện từ bên ngoài. Do thành phần sóng khác nhau và các yếu tố khác, trường điện từ của các nguồn khác nhau ảnh hưởng đến sức khỏe con người theo những cách khác nhau. Do đó, trong phần này chúng ta sẽ xem xét riêng biệt ảnh hưởng sức khỏe của nhiều nguồn khác nhau. Tuy nhiên, lĩnh vực nguồn nhân tạo, vốn có sự bất hòa rõ rệt với nền điện từ tự nhiên, trong hầu hết các trường hợp đều có tác động tiêu cực đến sức khỏe của người dân trong vùng ảnh hưởng của nó.

Nghiên cứu sâu rộng về ảnh hưởng của trường điện từ đến sức khỏe bắt đầu ở nước ta từ những năm 60. Người ta phát hiện ra rằng hệ thần kinh của con người rất nhạy cảm với ảnh hưởng điện từ và trường này cũng có cái gọi là hiệu ứng thông tin khi tiếp xúc với một người ở cường độ dưới giá trị ngưỡng của hiệu ứng nhiệt (độ lớn của cường độ trường mà tại đó hiệu ứng nhiệt của nó bắt đầu biểu hiện).

Bảng dưới đây cho thấy những phàn nàn phổ biến nhất về tình trạng suy giảm sức khỏe của người dân trong khu vực tiếp xúc với các cánh đồng từ nhiều nguồn khác nhau. Trình tự và cách đánh số các nguồn trong bảng tương ứng với trình tự và cách đánh số của chúng ở Mục 3:

|Nguồn |Những lời phàn nàn phổ biến nhất. |

|điện từ |

|1. Dòng |Chiếu xạ ngắn hạn (trong khoảng vài phút) có thể|

đường dây truyền tải điện (đường dây điện). |dẫn đến phản ứng tiêu cực chỉ ở những người đặc biệt nhạy cảm |

| |(do mất cân bằng hệ thống phụ điều hòa thần kinh). Khi nào |

| |chiếu xạ liên tục siêu dài (khoảng 10-20 năm) |

| |có thể (theo dữ liệu chưa được xác minh) sự phát triển của một số |

| |bệnh ung thư.

|2. Nội bộ |Dữ liệu hiện tại về khiếu nại về tình trạng xuống cấp |

|hệ thống dây điện của tòa nhà|sức khỏe liên quan trực tiếp đến công việc nội bộ |

| và các tòa nhà. |không có mạng lưới điện. |

|3. Hộ gia đình Có dữ liệu chưa được xác minh về khiếu nại về da, |

| thiết bị điện. |bệnh lý tim mạch và thần kinh lâu dài |

| sử dụng có hệ thống lò vi sóng cũ |

| |models (đến năm 1995). Cũng có những cái tương tự |

| |dữ liệu liên quan đến việc sử dụng tất cả các lò vi sóng |

| |kiểu máy trong điều kiện sản xuất (ví dụ: để sưởi ấm |

| | đồ ăn trong quán cà phê). Ngoài lò vi sóng còn có dữ liệu trên |

| tác động tiêu cực tới sức khỏe người sử dụng tivi |