Αυτό που ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό κύμα στη φυσική. Περίληψη μαθήματος "Ηλεκτρομαγνητικό κύμα"

), περιγράφοντας το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, έδειξε θεωρητικά ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στο κενό μπορεί να υπάρχει απουσία πηγών - φορτίων και ρευμάτων. Ένα πεδίο χωρίς πηγές έχει τη μορφή κυμάτων που διαδίδονται με πεπερασμένη ταχύτητα, η οποία στο κενό είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός: Με= 299792458±1,2 m/s. Η σύμπτωση της ταχύτητας διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό με την προηγουμένως μετρημένη ταχύτητα του φωτός επέτρεψε στον Maxwell να συμπεράνει ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ένα παρόμοιο συμπέρασμα αποτέλεσε αργότερα τη βάση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του φωτός.

Το 1888, η θεωρία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έλαβε πειραματική επιβεβαίωση στα πειράματα του G. Hertz. Χρησιμοποιώντας μια πηγή υψηλής τάσης και δονητές (βλέπε δονητή Hertz), ο Hertz μπόρεσε να εκτελέσει ανεπαίσθητα πειράματα για να προσδιορίσει την ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος και το μήκος του. Επιβεβαιώθηκε πειραματικά ότι η ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός, γεγονός που απέδειξε την ηλεκτρομαγνητική φύση του φωτός.

Ο J. Maxwell το 1864 δημιούργησε τη θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, σύμφωνα με την οποία τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία υπάρχουν ως αλληλοσυνδεόμενα συστατικά ενός ενιαίου συνόλου - του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Σε ένα χώρο όπου υπάρχει εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, διεγείρεται ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο και το αντίστροφο.

Ηλεκτρομαγνητικό πεδίο- ένας από τους τύπους ύλης, που χαρακτηρίζεται από την παρουσία ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που συνδέονται με συνεχή αμοιβαίο μετασχηματισμό.

Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο διαδίδεται στο διάστημα με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Διανυσματικές διακυμάνσεις τάσης μικαι διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής σιεμφανίζονται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα και κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος (διάνυσμα ταχύτητας).

Τα κύματα αυτά εκπέμπονται από ταλαντευόμενα φορτισμένα σωματίδια, τα οποία ταυτόχρονα κινούνται σε έναν αγωγό με επιτάχυνση. Όταν ένα φορτίο κινείται σε έναν αγωγό, δημιουργείται ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο και το τελευταίο με τη σειρά του προκαλεί την εμφάνιση ενός εναλλασσόμενου ηλεκτρικού πεδίου σε μεγαλύτερη απόσταση από το φορτίο κ.λπ.

Ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που διαδίδεται στο χώρο με την πάροδο του χρόνου ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό κύμα.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να διαδοθούν στο κενό ή σε οποιαδήποτε άλλη ουσία. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο κενό ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός c=3·10 8 m/s. Στην ύλη, η ταχύτητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι μικρότερη από ό,τι στο κενό. Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα μεταφέρει ενέργεια.

Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα έχει τις ακόλουθες βασικές ιδιότητες:διαδίδεται σε ευθεία γραμμή, είναι ικανό για διάθλαση, ανάκλαση και τα φαινόμενα περίθλασης, παρεμβολής και πόλωσης είναι εγγενή σε αυτό. Όλες αυτές οι ιδιότητες έχουν ελαφρά κύματα, καταλαμβάνοντας το αντίστοιχο εύρος μήκους κύματος στην κλίμακα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Γνωρίζουμε ότι το μήκος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μπορεί να είναι πολύ διαφορετικό. Εξετάζοντας την κλίμακα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που υποδεικνύει τα μήκη κύματος και τις συχνότητες διαφόρων ακτινοβολιών, διακρίνουμε 7 εύρη: ακτινοβολία χαμηλής συχνότητας, ραδιοακτινοβολία, υπέρυθρες ακτίνες, ορατό φως, υπεριώδεις ακτίνες, ακτίνες Χ και ακτίνες γάμμα.

• Κύματα χαμηλής συχνότητας . Πηγές ακτινοβολίας: ρεύματα υψηλής συχνότητας, γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος, ηλεκτρικές μηχανές. Χρησιμοποιούνται για την τήξη και τη σκλήρυνση μετάλλων, την παραγωγή μόνιμων μαγνητών και στην ηλεκτρική βιομηχανία.
• Ραδιοκύματα εμφανίζονται σε κεραίες ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σταθμών, κινητών τηλεφώνων, ραντάρ κ.λπ. Χρησιμοποιούνται σε ραδιοεπικοινωνίες, τηλεόραση και ραντάρ.
• Υπέρυθρα κύματα Όλα τα θερμαινόμενα σώματα ακτινοβολούν. Εφαρμογή: τήξη, κοπή, συγκόλληση πυρίμαχων μετάλλων με χρήση λέιζερ, φωτογραφία σε ομίχλη και σκοτάδι, ξήρανση ξύλου, φρούτων και μούρων, συσκευές νυχτερινής όρασης.
• Ορατή ακτινοβολία. Πηγές - Ήλιος, ηλεκτρική και λάμπα φθορισμού, ηλεκτρικό τόξο, λέιζερ. Εφαρμόζεται: φωτισμός, εφέ φωτογραφίας, ολογραφία.
• Υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ . Πηγές: Ήλιος, διάστημα, λάμπα εκκένωσης αερίου (χαλαζίας), λέιζερ. Μπορεί να σκοτώσει παθογόνα βακτήρια. Χρησιμοποιείται για τη σκλήρυνση ζωντανών οργανισμών.
• Ακτινοβολία ακτίνων Χ .

2. Περιγράψτε το πείραμα του Hertz στην ανίχνευση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων

3. Εξηγήστε τα αποτελέσματα του πειράματος του Hertz χρησιμοποιώντας τη θεωρία του Maxwell. Γιατί ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι εγκάρσιο;

Επειδή οι κατευθύνσεις των διανυσμάτων επαγωγής του μαγνητικού πεδίου και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι κάθετες μεταξύ τους και προς την κατεύθυνση του κύματος.

4. Γιατί η ακτινοβολία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων συμβαίνει με την επιταχυνόμενη κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων; Πώς εξαρτάται η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου σε ένα εκπεμπόμενο ηλεκτρομαγνητικό κύμα από την επιτάχυνση του φορτισμένου σωματιδίου που εκπέμπει;

5. Πώς εξαρτάται η ενεργειακή πυκνότητα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου από την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου;

Η τεχνολογική πρόοδος έχει επίσης ένα μειονέκτημα. Η παγκόσμια χρήση διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών έχει προκαλέσει ρύπανση, η οποία ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τη φύση αυτού του φαινομένου, τον βαθμό της επίδρασής του στο ανθρώπινο σώμα και τα προστατευτικά μέτρα.

Τι είναι και πηγές ακτινοβολίας

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που προκύπτουν όταν διαταράσσεται ένα μαγνητικό ή ηλεκτρικό πεδίο. Η σύγχρονη φυσική ερμηνεύει αυτή τη διαδικασία μέσα στο πλαίσιο της θεωρίας της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου. Δηλαδή, το ελάχιστο τμήμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι ένα κβαντικό, αλλά ταυτόχρονα έχει ιδιότητες κυμάτων συχνότητας που καθορίζουν τα κύρια χαρακτηριστικά της.

Το φάσμα των συχνοτήτων της ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μας επιτρέπει να το ταξινομήσουμε στους ακόλουθους τύπους:

• ραδιοσυχνότητα (αυτές περιλαμβάνουν ραδιοκύματα).
• θερμική (υπέρυθρη)?
• οπτική (δηλαδή, ορατή με το μάτι).
• ακτινοβολία στο υπεριώδες φάσμα και σκληρό (ιονισμένο).

Μια λεπτομερής απεικόνιση του φασματικού εύρους (κλίμακα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας) φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Φύση των πηγών ακτινοβολίας

Ανάλογα με την προέλευσή τους, οι πηγές ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην παγκόσμια πρακτική ταξινομούνται συνήθως σε δύο τύπους, και συγκεκριμένα:

• διαταραχές του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου τεχνητής προέλευσης·
• ακτινοβολία που προέρχεται από φυσικές πηγές.

Ακτινοβολίες που προέρχονται από το μαγνητικό πεδίο γύρω από τη Γη, ηλεκτρικές διεργασίες στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας, πυρηνική σύντηξη στα βάθη του ήλιου - είναι όλα φυσικής προέλευσης.

Όσον αφορά τις τεχνητές πηγές, είναι μια παρενέργεια που προκαλείται από τη λειτουργία διαφόρων ηλεκτρικών μηχανισμών και συσκευών.

Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από αυτά μπορεί να είναι χαμηλής και υψηλού επιπέδου. Ο βαθμός έντασης της ακτινοβολίας του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου εξαρτάται πλήρως από τα επίπεδα ισχύος των πηγών.

Παραδείγματα πηγών με υψηλά επίπεδα EMR περιλαμβάνουν:

• Οι γραμμές ρεύματος είναι συνήθως υψηλής τάσης.
• όλα τα είδη ηλεκτρικών μεταφορών, καθώς και η συνοδευτική υποδομή·
• πύργους τηλεόρασης και ραδιοφώνου, καθώς και σταθμοί κινητής και κινητής επικοινωνίας·
• Εγκαταστάσεις μετατροπής της τάσης του ηλεκτρικού δικτύου (ιδίως κύματα που προέρχονται από μετασχηματιστή ή υποσταθμό διανομής).
• ανελκυστήρες και άλλα είδη ανυψωτικού εξοπλισμού που χρησιμοποιούν ηλεκτρομηχανική μονάδα παραγωγής ενέργειας.

Οι τυπικές πηγές που εκπέμπουν ακτινοβολία χαμηλού επιπέδου περιλαμβάνουν τον ακόλουθο ηλεκτρικό εξοπλισμό:

• σχεδόν όλες οι συσκευές με οθόνη CRT (για παράδειγμα: τερματικό πληρωμής ή υπολογιστής).
• διάφοροι τύποι οικιακών συσκευών, από σίδερα μέχρι συστήματα κλιματισμού.
• μηχανολογικά συστήματα που παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε διάφορα αντικείμενα (αυτό περιλαμβάνει όχι μόνο καλώδια ρεύματος, αλλά και σχετικό εξοπλισμό, όπως πρίζες και μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας).

Ξεχωριστά, αξίζει να επισημανθεί ο ειδικός εξοπλισμός που χρησιμοποιείται στην ιατρική που εκπέμπει σκληρή ακτινοβολία (μηχανήματα ακτίνων Χ, μαγνητική τομογραφία κ.λπ.).

Επιπτώσεις στον άνθρωπο

Κατά τη διάρκεια πολυάριθμων μελετών, οι ραδιοβιολόγοι κατέληξαν σε ένα απογοητευτικό συμπέρασμα - η μακροχρόνια ακτινοβολία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μπορεί να προκαλέσει "έκρηξη" ασθενειών, δηλαδή προκαλεί την ταχεία ανάπτυξη παθολογικών διεργασιών στο ανθρώπινο σώμα. Επιπλέον, πολλά από αυτά προκαλούν διαταραχές σε γενετικό επίπεδο.

Βίντεο: Πώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία επηρεάζει τους ανθρώπους.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο έχει υψηλό επίπεδο βιολογικής δραστηριότητας, η οποία επηρεάζει αρνητικά τους ζωντανούς οργανισμούς. Ο παράγοντας επιρροής εξαρτάται από τα ακόλουθα στοιχεία:

• τη φύση της παραγόμενης ακτινοβολίας·
• πόσο καιρό και με ποια ένταση συνεχίζεται.

Η επίδραση στην ανθρώπινη υγεία της ακτινοβολίας, η οποία είναι ηλεκτρομαγνητικής φύσης, εξαρτάται άμεσα από την τοποθεσία. Μπορεί να είναι είτε τοπικό είτε γενικό. Στην τελευταία περίπτωση, λαμβάνει χώρα έκθεση μεγάλης κλίμακας, για παράδειγμα, ακτινοβολία που παράγεται από ηλεκτρικές γραμμές.

Κατά συνέπεια, η τοπική ακτινοβολία αναφέρεται στην έκθεση σε ορισμένες περιοχές του σώματος. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που προέρχονται από ένα ηλεκτρονικό ρολόι ή ένα κινητό τηλέφωνο είναι ένα ζωντανό παράδειγμα τοπικής επιρροής.

Ξεχωριστά, είναι απαραίτητο να σημειωθεί η θερμική επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υψηλής συχνότητας στη ζωντανή ύλη. Η ενέργεια του πεδίου μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια (λόγω της δόνησης των μορίων αυτό το φαινόμενο είναι η βάση για τη λειτουργία των βιομηχανικών εκπομπών μικροκυμάτων που χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση διαφόρων ουσιών). Σε αντίθεση με τα οφέλη του στις διαδικασίες παραγωγής, οι θερμικές επιδράσεις στο ανθρώπινο σώμα μπορεί να είναι επιζήμιες. Από ραδιοβιολογικής άποψης, δεν συνιστάται να βρίσκεστε κοντά σε «θερμό» ηλεκτρικό εξοπλισμό.

Είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι στην καθημερινή ζωή είμαστε τακτικά εκτεθειμένοι σε ακτινοβολία και αυτό συμβαίνει όχι μόνο στη δουλειά, αλλά και στο σπίτι ή όταν μετακινούμαστε στην πόλη. Με την πάροδο του χρόνου, η βιολογική επίδραση συσσωρεύεται και εντείνεται. Καθώς ο ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος αυξάνεται, ο αριθμός των χαρακτηριστικών ασθενειών του εγκεφάλου ή του νευρικού συστήματος αυξάνεται. Σημειώστε ότι η ραδιοβιολογία είναι μια αρκετά νέα επιστήμη, επομένως η βλάβη που προκαλείται στους ζωντανούς οργανισμούς από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία δεν έχει μελετηθεί διεξοδικά.

Το σχήμα δείχνει το επίπεδο των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που παράγονται από τις συμβατικές οικιακές συσκευές.

Σημειώστε ότι το επίπεδο έντασης πεδίου μειώνεται σημαντικά με την απόσταση. Δηλαδή, για να μειωθεί η επίδρασή του, αρκεί να απομακρυνθούμε από την πηγή σε μια ορισμένη απόσταση.

Ο τύπος για τον υπολογισμό του κανόνα (τυποποίησης) της ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικού πεδίου καθορίζεται στα σχετικά GOST και SanPiN.

Ακτινοπροστασία

Στην παραγωγή, οι απορροφητικές (προστατευτικές) οθόνες χρησιμοποιούνται ενεργά ως μέσα προστασίας από την ακτινοβολία. Δυστυχώς, δεν είναι δυνατό να προστατευτείτε από την ακτινοβολία ηλεκτρομαγνητικού πεδίου χρησιμοποιώντας τέτοιο εξοπλισμό στο σπίτι, καθώς δεν έχει σχεδιαστεί για αυτό.

• για να μειώσετε την επίδραση της ακτινοβολίας του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σχεδόν στο μηδέν, θα πρέπει να απομακρυνθείτε από γραμμές τροφοδοσίας, ραδιοφωνικούς και τηλεοπτικούς πύργους σε απόσταση τουλάχιστον 25 μέτρων (η ισχύς της πηγής πρέπει να ληφθεί υπόψη).
• για οθόνες CRT και τηλεοράσεις αυτή η απόσταση είναι πολύ μικρότερη - περίπου 30 cm.
• Τα ηλεκτρονικά ρολόγια δεν πρέπει να τοποθετούνται κοντά στο μαξιλάρι, η βέλτιστη απόσταση για αυτά είναι μεγαλύτερη από 5 cm.
• Όσον αφορά τα ραδιόφωνα και τα κινητά τηλέφωνα, δεν συνιστάται να τα φέρετε πιο κοντά από 2,5 εκατοστά.

Σημειώστε ότι πολλοί άνθρωποι γνωρίζουν πόσο επικίνδυνο είναι να στέκεστε δίπλα σε καλώδια υψηλής τάσης, αλλά οι περισσότεροι άνθρωποι δεν δίνουν σημασία στις συνηθισμένες οικιακές ηλεκτρικές συσκευές. Αν και αρκεί να τοποθετήσετε τη μονάδα συστήματος στο πάτωμα ή να την απομακρύνετε, και θα προστατεύσετε τον εαυτό σας και τα αγαπημένα σας πρόσωπα. Σας συμβουλεύουμε να το κάνετε αυτό και στη συνέχεια να μετρήσετε το φόντο από τον υπολογιστή χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικού πεδίου για να επαληθεύσετε με σαφήνεια τη μείωσή του.

Αυτή η συμβουλή ισχύει και για την τοποθέτηση του ψυγείου, πολλοί άνθρωποι το τοποθετούν κοντά στο τραπέζι της κουζίνας, κάτι που είναι πρακτικό, αλλά μη ασφαλές.

Κανένας πίνακας δεν μπορεί να υποδείξει την ακριβή απόσταση ασφαλείας από έναν συγκεκριμένο ηλεκτρικό εξοπλισμό, καθώς η ακτινοβολία μπορεί να διαφέρει, τόσο ανάλογα με το μοντέλο της συσκευής όσο και τη χώρα κατασκευής. Προς το παρόν, δεν υπάρχει ένα ενιαίο διεθνές πρότυπο, επομένως τα πρότυπα σε διαφορετικές χώρες μπορεί να έχουν σημαντικές διαφορές.

Η ένταση της ακτινοβολίας μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή - ένα ροόμετρο. Σύμφωνα με τα πρότυπα που έχουν υιοθετηθεί στη Ρωσία, η μέγιστη επιτρεπόμενη δόση δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 0,2 μT. Συνιστούμε να κάνετε μετρήσεις στο διαμέρισμα χρησιμοποιώντας την προαναφερθείσα συσκευή για τη μέτρηση του βαθμού ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

Προσπαθήστε να μειώσετε τον χρόνο που εκτίθεστε στην ακτινοβολία, δηλαδή να μην μένετε για πολύ ώρα κοντά σε ηλεκτρικές συσκευές που λειτουργούν. Για παράδειγμα, δεν είναι καθόλου απαραίτητο να στέκεστε συνεχώς στην ηλεκτρική κουζίνα ή στο φούρνο μικροκυμάτων ενώ μαγειρεύετε. Όσον αφορά τον ηλεκτρικό εξοπλισμό, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι ζεστό δεν σημαίνει πάντα ασφαλές.

Απενεργοποιείτε πάντα τις ηλεκτρικές συσκευές όταν δεν τις χρησιμοποιείτε. Οι άνθρωποι συχνά αφήνουν διάφορες συσκευές ενεργοποιημένες, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη ότι αυτή τη στιγμή η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία προέρχεται από τον ηλεκτρικό εξοπλισμό. Απενεργοποιήστε τον φορητό υπολογιστή, τον εκτυπωτή ή άλλο εξοπλισμό, δεν χρειάζεται να εκτεθείτε ξανά στην ακτινοβολία.