На сегодняшний день термин электромагнитное поле часто на слуху. Мы можем слышать о нем, когда речь идет об излучении множества бытовых приборов.
Например: телевизор, мобильный телефон, компьютер или другие устройства (рис. 1).
Рис. 1. Гаджеты
Кроме этого в средствах массовой информации звучат призывы об использовании полезных свойств этого поля или, наоборот, предостережения о его пагубном влиянии на организм человека. Но мы должны осознавать, что человеческий организм находится под воздействием электромагнитного поля практически в любой точке земного шара.
Электромагнитная индукция
Вспомним такое физическое явление, как электромагнитная индукция. Изменение магнитного поля приводит к возникновению тока индукции в замкнутом проводнике.
Однако вспомним из курса 8 класса, что условием возникновения электрического тока является наличие электрического поля.
Таким образом, получается, что изменение магнитного поля должно приводить к возникновению электрического поля, следствием чего будет являться возникновение тока индукции.
Вопросы о свойствах электрического поля
Вопросы о свойствах электрического поля:
- Отличается ли электрическое поле, образованное вследствие изменения магнитного, от поля, созданного неподвижными электрическими зарядами?
- Возникает ли электрическое поле только в проводнике или существует и в пространстве около него?
- Может ли существовать такое электрическое поле в пространстве вне зависимости от наличия проводника?
Ответы удалось получить английскому ученому Джеймсу Клерку Максвеллу, который в 1865 году создал теорию электромагнитного поля.
Основные положения теории Максвелла
Всякое изменение магнитного поля порождает переменное электрическое, а всякое изменение электрического поля порождает переменное магнитное.
Таким образом, порождающие друг друга переменные магнитное и электрическое поля образуют единое электромагнитное поле.
Интересен тот факт, что переменное электрическое поле по своему изображению не похоже на электростатическое поле неподвижных зарядов. Переменное электрическое поле назвали вихревым электрическим полем.
Свойства вихревого электрического поля
Такое название связанно с тем, что силовые линии этого поля замкнуты, как и магнитные, что делает их похожими на вихрь (рис. 2).
Рис. 2. Вихревое электрическое поле
Вспомним, что силовые линии электрического поля начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном. Также они могли уходить и входить на бесконечность (рис. 3).
Рис. 3. Электростатическое поле
Согласно теории Максвелла, вихревое электрическое поле возникает в пространстве при изменении магнитного поля вне зависимости от наличия проводника (рис. 4).
Рис. 4. Возникновение вихревого поля
По сути дела возникновение переменного электрического поля является первичным результатом изменения магнитного поля. А уже наблюдение тока индукции является следствием этих процессов.
Таким образом, можно отметить, что проводник с подключенной лампочкой и гальванометром являются индикаторами явления электромагнитной индукции.
Свойства вихревого электростатического поля:
- графическое изображение вихревого электрического поля выглядит как замкнутые силовые линии, когда линии электростатического поля не замкнуты;
- электрическое поле существует вне зависимости от наличия проводника;
- при изменении электрического поля в окружающем пространстве возникает магнитное поле.
Заключение
Мы выяснили результаты теории электромагнитного поля, полученные Максвеллом, и разобрали процесс образования вихревого электрического поля.
Влияние электромагнитного поля на организм человека
На сегодняшний день проблема влияния электромагнитных полей на живые организмы (и на человека в частности) стоит очень остро. Существует достаточное количество статей, в которых электромагнитные волны то откровенно ругают, то говорят об их полезных свойствах, то говорят, что они вообще никак не влияют на человека.
Однако уже доказано, что есть электромагнитные поля, параметры которых вредоносны для организма человека. С другой стороны также существуют электромагнитные поля, параметры которых используются во благо человека. Например, методы электромагнитного исследования и некоторые методы лечения.
Источники электромагнитного излучения:
- электротранспорт (трамвай или троллейбус);
- линии электропередач, электропроводка;
- мобильные телефоны, компьютеры и прочие бытовые электроприборы.
Влияние электромагнитного поля на электроприборы
Кроме того, что все электроприборы являются излучателями электромагнитного поля, внешнее электромагнитное поле может повлиять на стабильность их работы.
Например: вспышки на Солнце, которые могут привести к магнитным бурям на поверхности Земли (рис. 5).
Рис. 5. Вспышки на Солнце
Результатом протекания ядерных реакций на нашем светиле является излучение мощного электромагнитного поля. На некоторых этапах протекания таких реакций происходят колоссальные выделения энергии, которые сопровождаются солнечными вспышками (мощнейшим электромагнитным излучением). Наша Земля защищена магнитным полем от пагубного воздействия потока высокоэнергетических заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем во время вспышек. Однако в случаях интенсивного излучения оно не способно полностью изолировать нас от него.
Как оказалось, на электроприборы, электрические сети и т. д. электромагнитное поле также может оказывать пагубное воздействие. В результате они могут выходить из строя либо нестабильно работать. Обычно рекомендуют ограничить эксплуатацию приборов вовремя солнечной активности.
Последствием потока заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем в пространство, являются красивейшие атмосферные явления в полярных уголках нашей планеты, северное сияние (рис. 6).
Рис. 6. Северное сияние
Связь проявления электромагнитного поля с рассматриваемой системой отсчета
Если задуматься об условии возникновения электромагнитного поля, которое гласит, что оно возникает около движущихся зарядов, возникает вопрос.
Дело в том, что скорость движения и само движение в целом являются понятиями относительными. Следовательно:
- для одного наблюдателя, относительно которого заряд движется с некоторой скоростью, будет наблюдаться возникновение магнитного и электрического полей (рис. 7).
Рис. 7. Иллюстрация к примеру 1
- для другого же наблюдателя, который движется вместе с зарядом (т. е. покоится относительно него), магнитное поле наблюдаться не будет. Зато будет возникать электростатическое поле (рис. 8).
Рис. 8. Иллюстрация к примеру 2
На данный момент классическая и квантовая электродинамика никаких противоречий в этом не видит.
Введем классификацию образования полей в зависимости от того, как движется заряд относительно наблюдателя:
заряд не движется (покоится) –> порождается электростатическое поле;
заряд движется равномерно прямолинейно –> возникновение электрического и магнитного полей;
заряд движется с ускорением –> образуется электромагнитное поле.
Список литературы
- Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования.
- Яворский Б.М., Пинский А.А., Основы физики, т.2. – М.: Физматлит., 2003.
- Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга, Т. 3. – М., 1974.
Домашнее задание
- Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чем заключалась ее суть?
- Что служит источником электромагнитного поля?
- Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от силовых линий электростатического?
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
