Излучение электромагнитных волн

Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году.

Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы электродинамики и сделал попытку применить их к изменяющимся во времени электрическому и магнитному полям. Он обратил внимание на ассиметрию взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями.

Максвелл ввел в физику понятие вихревого элеетрического поля и предложил новую трактовку закона электромагнитной индукции, открытой Фарадеем в 1831 г.:

  • Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты.
  • Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного процесса:
  • Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.

Рис. 2.6.1 и 2.6.2 иллюстрируют взаимное превращение электрического и магнитного полей.

Излучение электромагнитных волнРисунок 2.6.1.Закон электромагнитной индукции в трактовке Максвелла Излучение электромагнитных волнРисунок 2.6.2.Гипотеза Максвелла. Изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле

Эта гипотеза была лишь теоретическим предположением, не имеющим экспериментального подтверждения, однако на ее основе Максвеллу удалось записать непротиворечивую систему уравнений, описывающих взаимные превращения электрического и магнитного полей, т. е. систему уравнений электромагнитного поля (уравнений Максвелла). Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов:

1. Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы  и  перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (рис. 2.6.3).

Излучение электромагнитных волн
Рисунок 2.6.3.Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы  ,    и  взаимно перпендикулярны

2. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью

Излучение электромагнитных волн

  1. Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – электрическая и магнитная постоянные:
  2. ε0 = 8,85419·10–12 Ф/м,
  3. μ0 = 1,25664·10–6 Гн/м.
  4. Длина волны λ в синусоидальной волне свявзана со скоростью υ распространения волны соотношением λ = υT = υ / f, где f – частота колебаний электромагнитного поля, T = 1 / f.
  5. Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1):

Излучение электромагнитных волн

Скорость c распространения электромагнитных волн в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных.

Вывод Максвелла о конечной скорости распространения электромагнитных волн находился в противоречии с принятой в то время теорией дальнодействия, в которой скорость распространения электрического и магнитного полей принималась бесконечно большой. Поэтому теорию Максвелла называют теорией близкодействия.

3. В электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: wэ = wм.

Излучение электромагнитных волн

Отсюда следует, что в электромагнитной волне модули индукции магнитного поля  и напряженности электрического поля   в каждой точке пространства связаны соотношением

4. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Если выделить площадку S (рис. 2.6.3), ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время Δt через площадку протечет энергия ΔWэм, равная

Плотностью потока или интенсивностью I называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади:

Излучение электромагнитных волн

Подставляя сюда выражения для wэ, wм и υ, можно получить:

Излучение электромагнитных волн

Поток энергии в электромагнитной волне можно задавать с помощью вектора, направление которого совпадает с направлением распространения волны, а модуль равен EB / μμ0. Этот вектор называют вектором Пойнтинга.

В синусоидальной (гармонической) волне в вакууме среднее значение Iср плотности потока электромагнитной энергии равно

Излучение электромагнитных волн

где E0 – амплитуда колебаний напряженности электрического поля.

Плотность потока энергии в СИ измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).

5. Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны должны оказывать давление на поглощающее или отражающее тело. Давление электромагнитного излучения объясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц.

На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества. Эта сила и создает результирующее давление. Обычно давление электромагнитного излучения ничтожно мало.

Так, например, давление солнечного излучения, приходящего на Землю, на абсолютно поглощающую поверхность составляет примерно 5 мкПа.

Первые эксперименты по определению давления излучения на отражающие и поглощающие тела, подтвердившие вывод теории Максвелла, были выполнены Петром Николаевичем Лебедевым в 1900 г. Опыты Лебедева имели огромное значение для утверждения электромагнитной теории Максвелла.

Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс. Импульс электромагнитного поля в единичном объеме выражается соотношением

где wэм – объемная плотность электромагнитной энергии, c – скорость распространения волн в вакууме. Наличие электромагнитного импульса позволяет ввести понятие электромагнитной массы.

Для поля в единичном объеме

Излучение электромагнитных волн

Отсюда следует:

Это соотношение между массой и энергией электромагнитного поля в единичном объеме является универсальным законом природы. Согласно специальной теории относительности (СТО), оно справедливо для любых тел независимо от их природы и внутреннего строения.

Таким образом, электромагнитное поле обладает всеми признаками материальных тел – энергией, конечной скоростью распространения, импульсом, массой. Это говорит о том, что электромагнитное поле является одной из форм существования материи.

6. Первое экспериментальное подтверждение электромагнитной теории Максвелла было дано примерно через 15 лет после создания теории в опытах Генриха Герца (1888 г.).

Герц не только экспериментально доказал существование электромагнитных волн, но впервые начал изучать их свойства – поглощение и преломление в разных средах, отражение от металлических поверхностей и т. п.

Ему удалось измерить на опыте длину волны и скорость распространения электромагнитных волн, которая оказалась равной скорости света.

Опыты Герца сыграли решающую роль для доказательства и признания электромагнитной теории Максвелла. Через семь лет после этих опытов электромагнитные волны нашли применение в беспроводной связи (А.С. Попов, 1895 г.).

7. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами. Цепи постоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, не являются источником электромагнитных волн. В современной радиотехнике излучение электромагнитных волн производится с помощью антенн различных конструкций, в которых возбуждаются быстропеременные токи.

Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p (t) которого быстро изменяется во времени.

Такой элементарный диполь называют диполем Герца. В радиотехнике диполь Герца эквивалентен небольшой антенне, размер которой много меньше длины волны λ (рис. 2.6.4).

Рисунок 2.6.4.Элементарный диполь, совершающий гармонические колебания

Рис. 2.6.5 дает представление о структуре электромагнитной волны, излучаемой таким диполем.

Рисунок 2.6.5.Излучение элементарного диполя

Следует обратить внимание на то, что максимальный поток электромагнитной энергии излучается в плоскости, перпендикулярной оси диполя. Вдоль своей оси диполь не излучает энергии. Герц использовал элементарный диполь в качестве излучающей и приемной антенн при экспериментальном доказательстве существования электромагнитных волн.

Источник: https://questions-physics.ru/elektromagnitnye-kolebaniya-i-volny/elektromagnitnie_volni.html

III. Основы электродинамики

В 1860-1865 гг. один из величайших физиков XIX века Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Согласно Максвеллу явление электромагнитной индукции объясняется следующим образом.

Если в некоторой точке пространства изменяется во времени магнитное поле, то там образуется и электрическое поле. Если же в поле находится замкнутый проводник, то электрическое поле вызывает в нем индукционный ток. Из теории Максвелла следует, что возможен и обратный процесс.

Если в некоторой области пространства меняется во времени электрическое поле, то здесь же образуется и магнитное поле.

Таким образом, любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле. Эти порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля образуют единое электромагнитное поле.

Свойства электромагнитных волн

Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна — распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени.

  • Источник электромагнитного поля — электрические заряды, движущиеся с ускорением.
  • Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе.
  • Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c=299 792 км/с, то есть со скоростью света.
  • Излучение электромагнитных волнИзлучение электромагнитных волн
  • В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Соотношение между длиной волна, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, полученные для механических волн выполняются и для электромагнитных волн:
  • Излучение электромагнитных волнИзлучение электромагнитных волн
  • Излучение электромагнитных волнИзлучение электромагнитных волн
  • Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).
  • Электромагнитная волна переносит энергию.

Диапазон электромагнитных волн

Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Излучение электромагнитных волнИзлучение электромагнитных волн

Радиоволны — это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела.

Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания.

С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

К видимому свету относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Читайте также:  Минералка при отравлении: первая помощь питьевой лечебно-столовой водой ессентуки, питье минеральной воды во время интоксикации

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Принцип радиосвязи

Колебательный контур используют как источник электромагнитных волн. Для эффективного излучения контур «открывают», т.е. создают условия для того, чтобы поле «уходило» в пространство. Это устройство называется открытым колебательным контуром — антенной.

Радиосвязью называется передача информации с помощью электромагнитных волн, частоты которых находятся в диапазоне от до Гц.

Радар (радиолокатор)

Устройство, которое передает ультракороткие волны и тут же их принимает. Излучение осуществляется короткими импульсами. Импульсы отражаются от предметов, позволяя после приема и обработки сигнала установить дальность до предмета.

Радар скорости работает по аналогичному принципу. Подумайте, как радар определяет скорость движущейся машины.

Источник: http://fizmat.by/kursy/jelektromagnt/jelmagn_volny

Электромагнитное излучение разрушает здоровье

Излучение электромагнитных волн«Излучение мобильных телефонов приводит к непоправимым последствиям для здоровья». «Прослушивание радио может привести к раку мозга». «Электромагнитное излучение разрушает иммунную систему». Такие пугающие заголовки встречаются сегодня на каждом шагу. Предупреждают, заставляют задуматься, некоторые даже выступают в роли пророков. Никто не защищен, мы все в страшной опасности: электромагнитное излучение разрушает наши тела и приводит к слабоумию. Удивительно, насколько губительным может оказаться излучение от обыкновенной микроволновки или тостера. Ведь мы так к ним привыкли.

К сожалению, сегодня средства массовой информации хватаются за любое неосторожное слово ученого, чтобы раздуть скандал планетарного масштаба, как это произошло уже с так называемым глобальным потеплением. Когда страсти вокруг этой псевдонаучной темы поулягутся, журналистам придется искать новый источник вдохновения.

Не стоит удивляться, если через несколько лет все начнут вопить о скрытых ужасах обыкновенных бытовых приборов, заставят политиков принимать законы, ограничивающие максимальный уровень излучения для телевизоров и телефонов.

Пока эта охота на ведьм носит исключительно рекомендательный характер, но если невежество боязливых граждан будет год от года подпитываться новыми небылицами – один черт знает, к каким издевательствам над здравым смыслом все это может привести.

Чтобы предупредить ваш страх перед дьявольской аббревиатурой ЭМИ, мы проясним, что такое электро-магнитоное излучение, расскажем, какую роль оно играет в нашей жизни, и объясним, насколько действительно опасна эта химера.

Электромагнитное излучение

Если мы представим, что ЭМИ в одночасье покинуло наш мир и перестало беспокоить нас своими волнами и частицами, то нам откроется довольно унылая картина. Сплошная бесконечная чернота, в которой нет места ничему живому.

Солнечный и электрический свет, который позволяют нам видеть окружающий мир, существует благодаря одному из четырех фундаментальных физических взаимодействий — электромагнитному.

Не будь его — не было бы ни микроволновок, ни радио, ни телевидения, ни очков ночного видения, ни радаров, ни GPS, ни даже компьютера, за которым вы сидите.

Что такое электромагнитное излучение, можно буквально объяснить на пальцах. Возьмем обыкновенный электрон. Он создает вокруг себя электростатическое поле. Теперь немножко потеребим его. Поле начнет перестраиваться вслед за электроном.

В то же время, когда электрон вернется на свое привычное место, его новое поле будет вынуждено выполнять вторую перестановку, и так без конца. Из-за этих смещений поля во все стороны от него бегут электромагнитные волны. Это и называется электромагнитным излучением.

От длины одного колебания зависит частота ЭМИ. Длина волны может быть очень длиной или оченькороткой.

Самые короткие волны называются гамма-излучением. Самые длинные – радиоизлучением. Насколько опасными могут быть те или иные электрические устройства, окружающие нас с вами? Мы будем рассматривать их в порядке увеличения длины волны, чтобы было понятно, что на самом деле вредно, а о чем беспокоиться не стоит.

Гамма излучение. На земле пока нет мощностей, которые могли бы произвести такого рода энергию. Единственное, что доступно сегодня человеку – это приборы, способные улавливать кванты этого излучения, приходящие к нам из космоса.

Гамма-кванты рождаются в остатках сверхновых звезд, и самые энергичные из них приходят к нам не так часто: примерно один квант в сто лет на один квадратный километр.

Однако наиболее распространёнными источниками гамма-излучения на планете являются изотопы натрия, титана, марганца, кобальта, цинка, иттрия, кадмия, олова, бария и т.д.

Рентген-излучение. В этом диапазоне создает излучение, например, солнечная корона, разогретая до 2 млн. градусов. Хотя люди уже научились получать такие кванты. Рентгеноскопия и рентгенография – активно используемые в медицине исследования структуры объектов.

В излучающей трубке рентгеновского аппарата электроны разгоняются напряжением в несколько киловольт и врезаются в металлический экран, испуская при торможении рентген. Полезная находка: так как ткани организма по-разному поглощают такое излучение, можно увидеть изображение наших внутренних органов.

Слишком частое воздействие этого излучения может неприятно сказаться на здоровье пациента. За одно обследование в рентген кабинете человек получает 60% годовой дозы. К нашей радости, внедрение цифровых аппаратов сократило вредность этих исследований. К счастью для нас, обычных людей, рентген-излучение солнца не проходит сквозь атмосферу.

К несчастью для ученых – им приходится исследовать его с помощью специальных спутников, которые нужно выводить на орбиту.

Излучение электромагнитных волнУльтрафиолет. Ученые делят ультрафиолетовое излучение на три участка, в зависимости от длины волны: UV-A (ultraviolet-A), UV-B и UV-C. Солнечный свет на 99% состоит из UV-A, совсем чуть-чуть остается UV-B, а UV-C просто рассеивается в атмосфере. Самый мягкий, UV-A, стимулирует освобождение запасенного организмом меланина, более жесткий, UV-B, запускает производство нового, а также стимулирует выработку на коже витамина D. В быту ультрафиолет используется в соляриях, которые различаются именно балансом двух типов излучений: A и B. От излучения UV-B спасают защитные крема, тогда как UV-A полностью их игнорирует и частично может проникнуть даже через одежду. Считается, что небольшие дозы UV-B полезны для здоровья, тогда как любой другой ультрафиолет вреден. Не будет преувеличением сказать, что именно это излучение приводит к раку кожи. Так что если вы посещаете солярий с излучением большого количества UV-A, то нет никакой разницы – загораете вы под солнцем или в высокотехнологическом саркофаге – эффект будет один. Ещё для дезинфекции помещений используются ультрафиолетовые лампы. Важно знать, что не во всех климатических поясах полезно загорать. Например, под украинским солнцем весьма чревато. Это связано с разной толщиной озонового слоя, который и фильтрует поступающий свет. Еще УФ-излучение используется в детекторах валюты, но вашему здоровью они не нанесут никакого ущерба.

Видимый спектр. Это самый узкий диапазон электромагнитных волн, длина его волн колеблется в пределах 380–730 нм. Так как Солнце излучает максимум энергии на этой частоте, наши глаза в ходе эволюции адаптировались именно к ней.

Наш организм вообще устроен так, что излучение этого спектра совершенно безвредно – ведь мы развивались под его лучами много миллионов лет. На земле его используют преимущественного для обыкновенных визуальных наблюдений, то есть просто смотрения.

На нем же основана работа микроскопов и других приборов, заточенных на использование видимого света, вроде перископов. По этому же принципу работает лампа накаливания.

Но, к сожалению, при ее температуре основная масса энергии расходуется на инфракрасные волны, которые для бытового освещения совершенно бесполезны.

Инфракрасное излучение, также известное как «тепловое», очень похоже на обычный свет и регистрируется теми же инструментами. Занятно, что в этом диапазоне «светит» наша планета и все предметы на ней, даже лёд. За счет собственного излучения Земля не перегревается солнечным теплом.

Можно сказать, ИК-излучение – наш домашний хранитель, который бережет нас от вредного космического излучения. Домашнее – потому что это излучение не может пробиться через атмосферу: оно поглощается там углекислым газом, водяным паром и другими парниковыми газами, которые препятствуют, в свою очередь, быстрому остыванию планеты.

В быту это излучение представлено работой нагревающих радиаторов: они «светят» в ИК-диапазоне и нагревают помещение.

Излучение электромагнитных волнРадиоизлучение. Именно из-за этого диапазона разгорается общественная истерия. Будто бы микроволновые печи и сотовые телефоны могут испортить ваше здоровье и убить ваших детей. Давайте посмотрим, насколько мы с вами зависим от этого типа волн. Диапазон радиоизлучения противоположен гамма-излучению и тоже неограничен с одной стороны — со стороны длинных волн и низких частот. Инженеры делят его на множество участков. Самые короткие радиоволны используют для беспроводной передачи данных (интернет, сотовая и спутниковая телефония); ультракороткие волны занимают местные теле- и радиостанции; короткие волны служат для глобальной радиосвязи — они отражаются от ионосферы и могут огибать Землю; средние и длинные волны используют для регионального радиовещания. Сверхдлинные волны (СДВ) — от 1 км до тысяч километров — проникают сквозь соленую воду и применяются для связи с подводными лодками, а также для поиска полезных ископаемых. Польза для человека огромная, однако вреда они наносят не меньше. Вот вспомните где сейчас ваш мобильный телефон. Рядом, он всегда с вами, и на работе, и дома. А сотовые телефоны превышают предельно допустимый уровень излучения в разы. У людей с сердечнососудистыми проблемами, начинает барахлить сердце, если они долго говорят по телефону. Различные кардиостимуляторы дают сбой, если рядом телефон. Не случайно производители мобильных не рекомендует носить их в передних карманах штанов и в нагрудном кармане.

Нормирование электромагнитных полей. Итак, мы с вами постоянно окружены электромагнитным излучением. Оно имеет разную частоту и длину волны: от нескольких пикометров (10-12) до нескольких десятков километров. Даже если вы уедете в Тайгу и выроете там стальной бункер на глубине ста метров – все равно вы будете окружены электромагнитным излучением со всех сторон.

Серьезные опасения вызывает близость вашего места жительства к радиовышкам, телестанциям и другим крупным радиотехническим объектам: ЛЭП, например. Трансформаторные будки тоже плохие соседи. В такой недружественной обстановке необходимо проинспектировать уровень ЭМИ – для вашего же блага.

Читайте также:  Передозировка корвалолом: симптомы отравления, последствия приема препарата, медицинская помощь при смертельной дозе лекарства

Опасности электромагнитного излучения.

Излучение электромагнитных волн

Нервная. Происходят существенные отклонения на уровне изолированных нервных структур. Это приводит к повреждению памяти, к стрессам и другим неблагоприятным эффектам. Особенно чувствительна к излишнему электромагнитному излучению нервная система эмбриона. Если вы решите построить дом рядом с вышками электропередач, внутренние органы скоро начнут давать сбой.

Иммунная. Нарушаются процессы иммуногенеза, чаще в сторону их угнетения.

Чересчур мощные ЭМП могут способствовать неспецифическому угнетению иммуногенеза, усилению образования антител к тканям плода и стимуляции аутоиммунной реакции в организме беременной.

Если, например, вы целый месяц не можете справиться с обыкновенной простудой – есть повод осмотреться в поисках тайных электроизлучателей. Да всегда в сторону угнетения… Это только специальные приборы стимулируют правильно.

Эндокринная. Происходит стимуляция гипофизарно-адреналиновой системы, что сопровождается увеличением содержания адреналина в крови, активацией процессов свертывания крови. В стратегических временных масштабах это может привести к замедленному росту и развитию организма ребенка. А у взрослых вызывает постоянное ощущение морального истощения.

Половая. Ученые относят ЭМП к группе тератогенных факторов, воздействующих на женский организм во время беременности и оказывающих влияние на эмбриональное развитие. ЭМП, превышающие норму в несколько раз, могут приводить к выкидышу, преждевременным родам, вызывать уродства, воздействуя в различные стадии беременности.

What to do

Не надо паниковать от одного только словосочетания «электромагнитное излучение». Это совершенно естественный, природный процесс. Как, например, температура. Просто нужно во всем знать норму: например, врачи не рекомендуют молодым семьям жить при температуре, превышающей триста градусов по цельсию.

Наконец, человеческая цивилизация настолько глубоко внедрила в свою систему электромагнитные технологии, что вряд ли сумеет когда-нибудь от них отказаться.

Для того, чтобы ваш организм чувствовал себя нормально, полезно проинспектировать окружающую среду на предмет превышения установленных норм мощности электромагнитного поля – и если все в порядке, то можете вздохнуть спокойно и жить, зная, что рядом нет его: ужасного, невидимого монстра по имени ЭМИ.

Источник: https://TestEco.ru/research/ecology_articles/monstr_po_ymeny_ehmy.html

Электромагнитное излучение

Определение 1

Электромагнитное излучение – это электромагнитные волны, которые возбуждаются разными излучающими объектами (атомами, заряженными частицами, молекулами, антеннами).

С момента зарождения жизни на планете существует стабильный электромагнитный фон. На протяжении длительного времени он был неизменен. Однако интенсивность этого фона с развитием человечества растет с неимоверной скоростью. Огромное количество электрических приборов, линии электропередач, мобильная связь – все эти «новшества эволюции» стали основным источником электромагнитного загрязнения.

Особенности электромагнитного излучения

На первый взгляд может показаться, что нет ничего общего между столь разыми явлениями электромагнитного излучения.

И в самом деле, что общего между рентгеновской трубкой, радиоактивным веществом, теплой печкой, лампой фонарика и генератором переменного тока, который подключен к линии электропередачи, как, впрочем, и между глазом, фотопленкой, термопарой, радиоприемником и телевизионной антенной? Второй список состоит из приемников, а первый – из источников электромагнитного излучения.

Излучение электромагнитных волн

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Воздействие различных видов излучения на человеческий организм также различно: рентгеновское и гамма- излучение вызывает повреждение тканей и органов, видимый свет влияет на зрение, инфракрасное излучение нагревает организм человека, а радиоволны вовсе не ощущаются. Но, несмотря на явные отличия, все вышеперечисленные примеры излучений – разные стороны одного и того же явления.

Все типы электромагнитных волн имеют одинаковую скорость распространения в свободном пространстве. Однако число колебаний в единицу времени изменяется в широких пределах: для электромагнитных волн низкочастотного диапазона – от нескольких колебаний в секунду и до 1020 колебаний в секунду в случае гамма- и рентгеновского излучения.

Поскольку длина электромагнитной волны представлена в виде выражения $l = frac {c}{f}$, то она также изменяется в широком диапазоне – от $10^{-12}$ метров для рентгеновского излучения и до нескольких тысяч километров для низкочастотных колебаний. Поэтому воздействие электромагнитных волн с веществом очень отличается в различных частях спектра. Электромагнитные волны значительно отличаются от звука тем, что их можно передать к источнику от приемника через вакуум.

Пример 1

Например, рентгеновские лучи, которые возникают в вакуумной трубке, влияют на фотопленку, что расположены вдали от нее. В то время, как звук колокольчика, что находится под колпаком, невозможно услышать, если откачать воздух из-под колпака.

Глаз человека воспринимает солнечные лучи видимого света, а антенна, что расположена на Земле, — радиосигналы космического аппарата, который удален на миллионы километров.

Замечание 1

Таким образом, для распространения электромагнитных волн никакой материальной среды не требуется.

Виды электромагнитного излучения

В зависимости от длины волны, электромагнитное излучение можно разделить на множество видов:

  1. Видимый свет. Сюда относится то электромагнитное излучение, которое человек может воспринимать зрительно. Длина световых волн в данном случае варьируется от 380 до 780 нанометров. Из этого следует, что электромагнитные волны видимого света очень короткие.
  2. Инфракрасное излучение. Данный вид излучения находится в электромагнитном спектре между радиоволнами и световым излучением. Длина инфракрасных волн значительно больше световых волн и располагается в диапазоне от 780 нанометров до 1-го миллиметра.
  3. Радиоволны. Сюда же можно отнести микроволны, что излучает микроволновая печь. Это самые длинные электромагнитные волны. К ним относится все виды излучения, длина волн которых начинается от 0,5 миллиметра.
  4. Ультрафиолетовое излучение. Данный вид электромагнитного излучения является пагубным для большинства живых существ. Длина таких волн находится в диапазоне от 10 до 400 нанометров. Располагаются волны инфракрасного излучения в промежутке между видимым и рентгеновским излучением.
  5. Рентгеновское излучение. Этот вид электромагнитного излучения выделяется среди других наличием электронов. Оно имеет широкий диапазон волн – от $10^{-7}$ м до $10^{-12}$ м. Этот вид излучения широко используется в медицинском оборудовании.
  6. Гамма-излучение. Это самый коротковолновой вид электромагнитного излучения. Длина волны менее $10^{-10}$ метра. Гамма-лучи имеют самую высокую энергию излучения. Этот вид – самый опасный вид электромагнитного излучения для человеческого организма.

Источники электромагнитного излучения

Несмотря на то, что электромагнитное излучение имеет физические различия, во всех его источниках это излучение возбуждается при помощи движущихся с ускорением электрических зарядов.

Различают два вида источников электромагнитного излучения:

  1. Микроскопические источники электромагнитного излучения. Заряженные частицы в «микроисточниках» переходят из одного энергетического уровня в другой при помощи скачков. Такие скачки происходят внутри молекул и атомов. Излучатели такого типа испускают ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-, инфракрасное и видимое излучение. В некоторых случаях возникает длинноволновое излучение. В качестве примера тут можно привести линию в спектре водорода, которая соответствует длине волны 21 сантиметр. Такое вид излучения играет важную роль в радиоастрономии.
  2. Макроскопические источники электромагнитного излучения. В данном случае свободные электроны проводников совершают периодические синхронные колебания. Электрическая система тут может иметь разные размеры и конфигурации. Системы данного типа генерируют электромагнитное излучение в диапазоне от миллиметровых размеров волн и до самых длинных. Часто применяется в линиях электропередач.

Гамма-лучи при распаде ядер атомов радиоактивных веществ испускаются самопроизвольно. При этом осуществляются сложные процессы, что приводят к изменениям в структуре ядра. Генерируемая частота $f$ определяется при помощи разности энергий $E_1$ и $E_2$ двух состояний ядра:

  • $f = frac {(E_1 – E_2)}{h}$, где $h$ — это постоянная Планка.
  • В соответствии с теорией Планка, энергия кванта электромагнитного излучения определяется при помощи формул:
  • $E= hv$
  • $lambda = frac {c}{v} $
  • $v = frac {c}{lambda } $
  • $E = h frac {c}{lambda } $, где $h = 6,62 • 10^{-34}$ Дж.

Поскольку фото является элементарной частицей, что находится в движении, ему свойственна некоторая масса движения, а значит и некоторый импульс. Масса покоя фотона равна нулю.

  1. Энергия равна:
  2. $E = mc^2$
  3. $hv = m^2 c$
  4. $m = frac {hv}{c^2}$

Рентгеновское излучение формируется при бомбардировке в вакууме на поверхности металлического анода при помощи электронов, которые обладают огромными скоростями.

Замедляясь в материале анода, данные электроны испускают «тормозное излучение», которое имеет непрерывный спектр.

А перестройка внутренней структуры атомов, что происходит в результате электронной бомбардировки, сопровождается испусканием характеристического излучения. Частоты данного излучения определяются материалом анода.

Световое видимое и ультрафиолетовое излучение дают такие же электронные переходы в атоме. Что касается инфракрасного излучения, то оно является результатом трансформаций, которые практически не затрагивают электронную структуру и что связаны с изменением амплитуды колебаний и вращательного момента импульса молекулы.

«Колебательный контур» имеется в генераторах электрических колебаний. Тут электроны совершают вынужденные колебания с частотой, которая зависит от его размеров и конструкции.

Самые высокие частоты, которые соответствуют сантиметровым и миллиметровым волнам, генерируются магнетронами и клистронами.

Это электровакуумные приборы с металлическими резонаторами, в которых колебания возбуждаются токами электронов.

  • Колебательный контур в генераторах с низкими частотами состоит из катушки индуктивности $L$ и конденсатора с емкостью $C$, который возбуждается транзисторной или ламповой схемой. Собственная частота такого контура, что близка при малом затухании к резонансной, представлена в виде выражения:
  • $f = frac {1} {2} pi sqrt {LC}$
  • Переменные поля низких частот, которые применяются для передачи электроэнергии, создаются электромашинными генераторами тока, где роторы вращаются между магнитными полюсами.

Примеры источников излучения

Вокруг нас постоянно находится множество источников электромагнитного излучения, которые отдают в пространство опасные для человека электромагнитные волны. Перечислить их все практически нереально, поэтому рассмотрим наиболее глобальные и популярные примеры источников электромагнитного излучения:

  • Высоковольтные линии электропередач. Данные источники имеют мощный уровень электромагнитного излучения и высокое напряжение. Если жилой дом расположен менее чем на 1000 метров к таким линиям, то у жителей таких домов возрастают риски возникновения онкологических заболеваний.
  • Электрический транспорт. Сюда относятся поезда метрополитена и электрички, троллейбусы и трамваи, а также обычные лифты в домах и торговых центрах.
  • Радио- и телевизионные вышки. Электромагнитное излучение от таких вышек крайне опасно для человеческого здоровья. Особенно опасны те, что установлены не в соответствии с санитарными нормами.
  • Бытовые приборы. К ним можно отнести микроволновые печи, телевизор, компьютер, энергосберегающие лампы, фены, зарядные устройства и прочие.
  • Мобильные телефоны. Электромагнитное излучение от телефона негативно сказывается на общем самочувствии и плохо воздействует на человеческий мозг.
  • Медицинское оборудование. Рентген, компьютерный томограф, МРТ имеют сильное излучение.
Читайте также:  Передозировка валокордином: симптомы отравления, первая помощь, осложнения и смертельная доза

Все мы по-прежнему будем пользоваться этими приборами. Важно при этом минимизировать негативное воздействие, которое оказывают источники электромагнитного излучения.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/elektromagnitnoe_izluchenie/

Электромагнитное излучение. Что это и каких видов оно бывает

Электромагнитное излучение представляет собой форму энергии, которая находится вокруг нас.

Оно принимает множество форм, таких как радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Солнечный свет также является формой электромагнитной энергии.

Но видимый свет представляет собой лишь небольшую часть электромагнитного спектра, который содержит широкий диапазон электромагнитных волн.

Электромагнитная теория

Когда-то считалось, что электричество и магнетизм являются отдельными силами. Однако в 1873 году шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл разработал единую теорию электромагнетизма. Изучение электромагнетизма связано с тем, как электрически заряженные частицы взаимодействуют друг с другом и с магнитными полями.

  • Существует четыре основных электромагнитных взаимодействия:
  • ◾ Сила притяжения или отталкивания между электрическими зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
  • ◾ Магнитные полюса притягивают и отталкивают друг друга, подобно электрическим зарядам.
  • ◾ Электрический ток в проводе создает магнитное поле, направление которого зависит от направления тока.
  • ◾ Движущееся электрическое поле создает магнитное поле и наоборот.
  • Для описания этих явлений, Максвелл разработал набор формул, называемых уравнениями Максвелла.

Джеймс Клерк Максвелл

Волны и поля

Электромагнитное излучение создается, когда атомная частица, такая как электрон, ускоряется электрическим полем, что заставляет его двигаться.

Движение создает колебательные электрические и магнитные поля, которые движутся под прямым углом друг к другу в пучке световой энергии, называемой фотоном.

Фотоны движутся в гармонических волнах с наивысшей скоростью во Вселенной — 299 792 458 метров в секунду в вакууме. То есть со скоростью света. Волны имеют определенные характеристики, такие как частота, длина волны или энергия.

Электромагнитные волны формируются, когда электрическое поле (красные стрелки) соединяется с магнитным полем (синие стрелки). Магнитные и электрические поля электромагнитной волны перпендикулярны друг другу и направлению волны.

Длина волны -это расстояние между двумя последовательными пиками волны. Это расстояние указывается в метрах или его десятых долях. Частота — это число волн, которые формируются за определенный промежуток времени.

Ее обычно измеряют как число волновых циклов в секунду, или герц (Гц). Короткая длина волны означает, что частота будет выше, потому что один цикл может пройти за более короткий промежуток времени.

Более длинная волна имеет более низкую частоту, потому что каждый цикл занимает больше времени. 

Электромагнитный спектр

Электромагнитное излучение охватывает огромный диапазон длин волн и частот. Этот диапазон известен как электромагнитный спектр.

Он обычно делится на семь областей, в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты — радиоволны, микроволны, инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские и гамма-лучи. Обычно излучение с более низкой энергией, такое как радиоволны, выражается как частота.

Микроволны, инфракрасный, видимый и УФ-излучение обычно выражаются как длина волны. Излучение более высокой энергии, такое как рентгеновское излучение и гамма-излучение, выражается через энергию на фотон.

Электромагнитный спектр обычно делится на семь областей в порядке убывания длины волны и увеличения энергии и частоты — радиоволны, микроволны, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи.

Радиоволны

Радиоволны находятся в самом низком диапазоне электромагнитного спектра, с частотами до 30 миллиардов герц, или 30 гигагерц (ГГц), и длинами волн больше, чем 10 миллиметров. Радио используется в основном для связи, переговоров, передачи данных и в средствах массовой информации.

Микроволны

Микроволны попадают в диапазон электромагнитного спектра между радио и ИК. Они имеют примерные частоты от 3 ГГц до 30 триллионов герц или 30 терагерц (ТГц), и длину волны от 10 мм до 100 мкм. Микроволны используются в портативных средствах связи, в радарах и как бесконтактный источник тепла, например в микроволновой печи.

Инфракрасное излучение

ИК излучение находится между микроволнами и видимым светом. ИК имеет примерные частоты от 30 до 400 ТГц, и длину волны от 100 мкм до 740 нм. ИК свет невидим для глаз человека, но мы можем ощущать его как тепло при его достаточной интенсивности.

Видимый свет

Видимый свет находится в середине электромагнитного спектра — между ИК и УФ. Его примерные частоты от 400 до 800 ТГц. Длины волны видимого света около 740 нм до 380 нм. Видимый свет является видимым для большинства человеческих и животных глаз.

Ультрафиолетовый свет

УФ свет находится между видимым светом и рентгеновскими лучами. Его приблизительные частоты от 8*10 14 до 3*10 16 Гц, а длины волн могут быть от 10 до 400 нм.

Ультрафиолет является частью солнечного света, однако, он невидим для человеческого глаза, но существуют другие живые организмы, способные видеть его.

УФ применяется во множестве медицинских и промышленных целях. Но он способен повредить живую ткань.

Рентгеновские лучи

Рентгеновские лучи подразделяются на два типа: мягкие рентгеновские лучи и жесткие рентгеновские лучи. Мягкие рентгеновские лучи в электромагнитном спектре находятся между УФ и гамма-лучами.

Их частота составляет от 3*10 16 до 10*18 Гц, а длина волны от 10 нм до 100 мкм. Жесткие рентгеновские лучи находятся в той же области спектра, что и гамма-лучи.

Единственной их различие в том, что рентгеновские лучи создаются ускоряющимися электронами, а гамма-лучи — атомными ядрами.

Гамма-излучение

Гамма-излучение находятся в диапазоне спектра выше мягких рентгеновских лучей, с частотой 3*10 18 Гц и длиной волны менее 100 мкм. Гамма-излучение вызывает повреждение живой ткани. Поэтому оно так необходимо для уничтожения раковых клеток, при применении в небольших и тщательно измеренных дозах. Неконтролируемое воздействие такого излучения чрезвычайно опасно для человека.

???? ???? ????

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5ae194d5bcf1bc97d58f4283/5b18273a4826770495bd7a97

Электромагнитное излучение

  • 10
  • Показать комментарии (10)
  • Свернуть комментарии (10)
    • Я не физик, в школьные годы предмет был для меня камнем предкновения! На мой взгляд, если бы в то время применялись бы вот такие прекрасные интерактивные плакаты, я разбиралась бы в физике на отлично! Обязательно буду рекомендовать плакат нашему преподавателю физики.Просто СУПЕР! Ответить
  • А нельзя ли скачать Ваш ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЙ плакат? В школе такая скорость Интернета, что не дай Бог, скачала бы с домашнего и деткам показала? А?

    Ответить

  • Как можно у Вас скачать этот замечательный плакат, я учитель физики с Г. Усолье-Сибирское Иркутской области. Сколько это стоит или где можно приобрести?

    Ответить

  • Стало интересно: Как вы думаете где тут место для черных дыр. Как мне кажется супер слева.

    Ответить

  • Прекрасный плакат, очень красочный и наглядный, плюс анимация и пояснения. Не сравнить с блёклым плакатом на форзаце учебника физики 198-лохматого года.Но при внимательном просмотре у меня к плакату возникло несколько замечаний.

    Ответить

    • 1. Антенна спутникового телевидения («тарелка») у вас изображена в зоне радиодиапазона, рядом с телевизором, но это неверно. Спутниковое телевидение передаётся в микроволновом (СВЧ, сантиметровом) диапазоне (4-8 и 12-18 ГГц, см. «Satellite television» [http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_television]). Так что её место рядом с микроволновкой и сотовым телефоном. А рядом с телевизором надо было бы изобразить антенну типа «волновой канал» метрового-дециметрового диапазона — известные всем «кресты» на крышах наших домов. Ответить
    • 2. У вас совершенно не показан диапазон терагерцового излучения (см. [http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B3%D0%B5%D1%80%D1%86%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5]), который теперь особо выделяется между микроволновым и инфракрасным излучением, и которое имеет свои особенности и применение. В частности, можно было бы показать систему сканирования багажа и людей (неионизирующее проникающее излучение). Ответить
    • 3. На анимации, поясняющей принцип действия наземного гамма-телескопа сверхвысоких энергий (в частности H.E.S.S.) собственно сам принцип-то и не показан. У вас получается, что от гамма-кванта порождается ливень вторичных частиц, которые отражаются от зеркала и попадают в детектор. Но это же неверно! Гамма-квант при взаимодействии с атмосферой действительно производит ливень вторичных элементарных частиц — электрон-позитронные пары, которые движутся в воздухе со скоростью, большей чем скорость света в нём, и порождают черенковское излучение в оптическом диапазоне, которое, собственно, и фиксируют детекторы-фотоумножители телескопа. Т.е. это надо было изобразить так, как на стр.8 в брошюре о собственно High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) [http://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/pages/about/download/HESS_Brochure_07_small.pdf]: гамма-квант порождает относительно компактный пучок вторичных частиц, которые порождают вспышку света, которую фиксирует детектор телескопа. В пояснении к плакату, кстати, всё правильно написано: «Гамма-излучение» [http://elementy.ru/posters/spectrum/gamma]. См. также «ГАММА-АСТРОНОМИЯ» [http://www.astronet.ru/db/msg/1191478], «Излучение Черенкова» [http://elementy.ru/trefil/45?context=20442]. Ответить
  • самое интересное и одновременно проблематичное это природа электромагнетизма.

    я не заикаюсь про излучения,потому что это из категории гуляющей физики,которая и держит по сути вас на якоре,а главное нарушает полную взаимосвязь,так что квантики получается у вас не пристроены и спектрики не отражают полную внутреннюю картину динамики ядра.

    поэтому картина понимания электромагнитных волн и что они из себя представляют, это ключевой момент информационной точности в определении эволюционной динамики любых локальных объектов.вообще, здесь есть над чем разгуляться теории.

    Ответить

  • Написать комментарий

    Источник: https://elementy.ru/posters/spectrum

    Ссылка на основную публикацию