Размещено на http://www.allbest.ru/

Природа электромагнитного поля

Мошкин С.М., Кучер М.И.

Военный институт материального обеспечения. Вольск, Саратовская обл., Россия

Электромагнитное поле (ЭМП)

Электромагнитное поле создается зарядами. Электромагнитное поле - особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Основными величинами, определяющими электромагнитное поле, являются вектор электрической напряженности поля Е и вектор магнитной напряженности поля Н. Эти векторы являются функциями времени и координат в пространстве, описываемых радиус-вектором r[1, с. 252].

Особенностью электромагнитных волн является наличие трёх взаимно перпендикулярных векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.

электромагнитный волна источник частица

По определению, электромагнитное поле - это совокупность электрических и магнитных полей, которые могут переходить друг в друга. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся магнитное - вихревое электрическое поле. Электромагнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, электромагнитное поле «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника.

Электромагнитные волны - это распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.

Среди электромагнитных полей, порождённых электрическими зарядами и их движением, принято относить к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников - движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны. Источник, генерирующий излучение характеризуются понятием частота. Классификация электромагнитных волн по частотам приведена в табл. 1.

Таблица 1 - Классификация электромагнитных волн по частотам

Важная особенность электромагнитного поля - это деление его на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны (табл. 2).

Таблица 2 - Деление электромагнитного поля на «ближнюю» и «дальнюю» зоны

Природа электромагнитного поля

Порождение электромагнитного поля переменным магнитным полем и магнитного поля - переменным электрическим приводит к тому, что электрические и магнитные поля не существуют обособленно, независимо друг от друга. Компоненты векторов, характеризующих электромагнитное поле, образуют, согласно относительности теории, единую физическую величину - тензор электромагнитного поля, компоненты которого преобразуются при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой в соответствии с преобразованиями Лоренца.

При больших частотах электромагнитные поля становятся существенными его квантовые свойства. В этом случае классическая электродинамика неприменима и электромагнитное поле описывается квантовой электродинамикой.

Электромагнитное поле, силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. Электромагнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции В, который определяет: силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд; действие электромагнитного поля на тела, имеющие магнитный момент, а также другие свойства электромагнитного поля [1, с. 250-251].

Природа этих источников едина: электромагнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц спинового магнитного момента.

Электромагнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами; при ускоренном движении частиц электромагнитного поля «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн (табл. 3) [2, с. 170].

Таблица 3 - Проявления электромагнитного поля

Рис. 1,а Рис. 1,б

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1,в Рис.1,г

Рис. 1,a - действие однородного постоянного магнитного поля на магнитную стрелку, виток с током I и атомный диполь (е - электрон атома); б действие однородного постоянного магнитного поля на свободно движущиеся электрические заряды q (их траектория в общем случае имеет вид спирали); в - разделение пучка магнитных диполей в неоднородном магнитном поле; г - возникновение тока индукции в витке при усилении внешнего магнитного поля В (стрелками показано направление тока индукции и создаваемого магнитного поля Винд). Здесь рm - магнитный момент, q - электрический заряд, v - скорость заряда [5, с. 294].

Источники электромагнитного поля

Основным источником электромагнитных волн являются антенна и высокочастотная ЭДС, а также радиовещание FM; УКВ; персональные компьютеры; телевизионные станции; радиолокационные станции специального назначения; промышленные установки; микроволновые печи; радиорелейные станции и физиотерапия.

Применение электромагнитных полей в науке и технике

Электромагнитные поля обычно подразделяют на:

Слабые (до 500 гс);

Средние (500 гс - 40 Кгс); Сильные (40 Кгс - 1 Мгс);

Сверхсильные (свыше 1 Мгс).

Слабые и средние электромагнитные поля широко применяются в научных и прикладных целях: в физике твердого тела для изучения энергетических спектров электронов в металлах, полупроводниках и сверхпроводниках; для исследования ферро- и антиферромагнетизма, для получения сверхнизких температур, в электронных микроскопах для фокусировки пучков электронов, и т.д.

Для получения сильных электромагнитных полей применяют сверхпроводящие соленоиды, соленоиды охлаждаемые водой (до 250 Кгс), импульсные соленоиды (до 1,6 Мгс). Силы, действующие на проводники с током в сильных электромагнитных полях, могут быть очень велики (так, в полях =250 Кгс механические напряжения достигают 4·108 н/м2, т.е. предела прочности меди). Эффект давления электромагнитного поля учитывают при конструировании электромагнитов и соленоидов, его используют для штамповки изделий из металла.

Сверхсильные электромагнитные поля используют для получения данных о свойствах веществ в полях свыше 1 Мгс и при сопутствующих им давлениях в десятки млн атмосфер. Сверхсильные электромагнитные поля получают методом направленного взрыва. Медную трубу, внутри которой предварительно создано сильное импульсное магнитное поле, радиально сжимают давлением продуктов взрыва. С уменьшением радиуса R трубы величина магнитного поля в ней возрастает ~ 1/R2 К недостаткам этого метода относится кратковременность существования электромагнитного поля (несколько мксек), небольшой объём сверхсильного электромагнитного поля и разрушение установки при взрыве [4, с. 317].

Заключение

Электромагнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента.

Электромагнитные волны - это распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны. Источник, генерирующий излучение характеризуются понятием частота.

Важная особенность электромагнитного поля - это деление его на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны.

Электромагнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц спинового магнитного момента.

Электромагнитные поля подразделяют на слабые, средние, сильные и сверхсильные.

Список использованных источников

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Пособие для вузов. - 7-е изд. - М.: Высш. шк., 2002. - 542 с.

2. Татур Т.А. Основы теории электромагнитного поля: Справочное пособие. - М.: Высш.шк., 1989. - 387 с.

3. Сивухин Д.В. Электричество. Учебное пособие. Электричество. - 2-е изд. - М.: Наука, 1983. - 689 с.

4. Прохоров А.М. Физика. Большая Российская энциклопедия, - 4-е изд. М., 1999.

5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля / под ред. Л.П. Питаевского. - 8-е изд. - 2003. - 536 с.

6. Френкель, Е.Н. Концепции современного естествознания: Учебное пособие / Френкель Е.Н. - Ростов н/Д: Феникс, 2014. - 246 с.

Размещено на Allbest.ru