Электромагнитное поле

Материал из ВикиЭнерго
Перейти к: навигация, поиск

Электромагни́тное по́ле — это фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определенных условиях порождать друг друга. Электромагнитное поле (его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета - каждое зависит от обоих - электрического и магнитного - в старой, и это еще одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.

В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компоненты напряженности электрического поля и три компоненты напряженности магнитного поля (или - магнитной индукции)Для вакуума, для которого формулируются фундаментальные уравнения, напряженность магнитного поля и магнитная индукция - по сути одно и то же, хотя в некоторых системах единиц (в том числе в СИ) могут отличаться постоянным множителем и даже единицами измерения. а также четырехмерным электромагнитным потенциалом - в определенном отношении еще более важным.

Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца.

Квантовые свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (а также квантовые поправки к классическому приближению) - предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств электромагнитного поля более или менее удовлетворительно описывается упрощенной квантовой теорией, исторически возникшей заметно раньше.

Распространение возмущений электромагнитного поля на далекие расстояния называется электромагнитной волной (электромагнитными волнами). Любая электромагнитная волна распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью - скоростью света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины волны электромагнитное излучение подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе инфракрасный и ультрафиолет), рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Содержание

История открытия

До начала XIXв. электричество и магнетизм считались явлениями, не связанными друг с другом, и рассматривались в разных разделах физики.

В 1819г. датский физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что проводник, по которому течёт электрический ток, вызывает отклонение стрелки магнитного компаса, из чего следовало, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны.

Французский физик и математик А. Ампер в 1824г. дал математическое описание взаимодействия проводника тока с магнитным полем (см. Закон Ампера).

В 1831г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил явление электромагнитной индукции и дал его математическое описание.

В 1864г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде (в том числе в пустоте - со скоростью света). Максвелл высказывал предположение, что свет является одним из проявлений электромагнитных волн. При жизни Максвелла учение об электромагнитных волнах оставалось «чистой» теорией, не имевшей никаких экспериментальных подтверждений.

В 1887г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший теоретические выводы Максвелла. Его экспериментальная установка состояла из находящихся на некотором расстоянии друг от друга передатчика и приёмника электромагнитных волн, и фактически представляла собой исторически первую систему радиосвязи, хотя сам Герц не видел никакого практического применения своего открытия, и рассматривал его исключительно как экспериментальное подтверждение теории Максвелла.

В XX в. развитие представлений об электромагнитном поле и электромагнитном излучении продолжилось в рамках квантовой теории поля, основы которой были заложены великим немецким физиком Максом Планком.

Классификация

Электромагнитное поле с современной точки зрения есть безмассовое Параметр m (масса) в уравнении Клейна-Гордона для электромагнитного поля равен нулю (иначе говоря, это означает, что электромагнитный потенциал подчиняется - в определенной калибровке - просто волновому уравнению. С этим связан факт, что фотон (в вакууме) нельзя - как и любую безмассовую частицу - остановить (а также разогнать или замедлить), он всегда движется с одной и той же скоростью - скоростью света. (абелево) В наиболее простой интерпретации это означает, что электромагнитное поле непосредственно не взаимодействует само с собой, то есть что электромагнитное не имеет электрического заряда. Фотон не может сам непосредственно излучить или поглотить другой фотон. векторное<ref>При применении терминов в узком смысле калибровочными считаются только векторные поля; но мы, во всяком случае, обозначим здесь векторный характер электромагнитного поля явно.</ref> калибровочное Калибровочным электромагнитное поле является при рассмотрении его во взаимодействии с электрически заряженными частицами; понятие калибровочного поля всегда подразумевает подобное взаимодействие (подобное в каком-то смысле; конкретный способ взаимодействия может заметно отличаться). поле. Его калибровочная группа - группа U(1).

Среди известных (не гипотетических) фундаментальных полей электромагнитное поле - единственное, относящееся к указанному типу. Все другие поля такого же типа (которые можно рассматривать, по крайней мере, чисто теоретически) - (были бы) полностью эквивалентны электромагнитному полю, за исключением, быть может, констант.

Физические свойства

В рамках квантовой электродинамики принято рассматривать электромагнитное излучение как поток квантов света. Частицей-переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон - квант электромагнитного поля.

Электромагнитное взаимодействие — это один из основных видов фундаментальных взаимодействий. Существует теория, объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействие в одно - электрослабое. Также существуют теории, объединяющие электромагнитное и гравитационное взаимодействие (например, теория Калуцы-Клейна). Однако последняя, при ее теоретических достоинствах и красоте, не является общепринятой (в смысле ее предпочтительности), так как экспериментально не обнаружено ее отличий от простого сочетания обычных теорий электромагнетизма и гравитации, как и теоретических преимуществ в степени, заставившей бы признать её особенную ценность. Это же (в лучшем случае) можно сказать пока и о других подобных теориях: даже лучшие из них по меньшей мере недостаточно разработаны, чтобы считаться вполне успешными.

Безопасность электромагнитных полей

Остновная статья: Электромагнитная безопасность

В связи со всё большим распространением источников ЭМП в быту (СВЧ-печи, мобильные телефоны, теле-радиовещание) и на производстве (оборудование ТВЧ, радиосвязь), большое значение приобретает нормирование уровней ЭМП.

Нормирование уровней ЭМП проводится раздельно для рабочих мест и санитарно-селитебной зоны. Контроль за уровнями ЭМП возложен на органы санитарного надзора и инспекцию электросвязи, а на предприятиях - на службу охраны труда.

Предельно-допустимые уровни ЭМП в разных радиочастотных диапазонах различны (ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ (ПДУ) ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ (ЭМП) ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ 10 60 КГЦ (УТВ. МИНЗДРАВОМ СССР 31.07.1991 N 5803-91), по состоянию на 12 октября 2006 года).

См. также


Первоначальная версия этой статьи была взята из русской Википедии на условиях лицензии GNU FDL.
Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструменты