Классификация электромагнитных волн — справочник студента

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента

3.2 Электромагнитные волны

Волна – это изменение состояния среды (возмущение), распространяющееся в этой среде и переносящее с собой энергию. Всякая волна распространяется из одной точки в другую не мгновенно, а с определенной скоростью. Источником волн являются колебания, природа которых может быть самой разнообразной: механические, акустические, электромагнитные и т.д.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Частным случаем колебательных процессов являются гармонические колебания напряженностей электрического и магнитного полей, образующие переменноеэлектромагнитное поле. Распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля, т.е.

взаимодействующих между собой электрического и магнитного полей, называют электромагнитными волнами или электромагнитным излучением.

 Электромагнитные волны являются поперечными: векторы и  напряженностей электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной к вектору скорости распространения волны.

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента
Классификация электромагнитных волн - Справочник студента
Рис. 3.6 – Распространение электромагнитной волны
  • Основными характеристиками электромагнитного излучения или электромагнитных волн принято считать частотудлину волны и поляризацию.
  • Колебания частоты , распространяющиеся в пространстве со скоростью , характеризуются величиной
  • , (3.18)
  • называемой длиной волны колебания.

3.2.1 Диапазоны электромагнитных волн

  1. Электромагнитное излучение по длинам волн наиболее часто подразделяется на:
  2. — радиоволны (начиная со сверхдлинных),
  3. — терагерцовое излучение,
  4. — инфракрасное излучение,
  5. — видимый свет,
  6. — ультрафиолетовое излучение,
  7. — рентгеновское излучение и жесткое (гамма-излучение).

Общепринятая, более подробная, классификация волн по их диапазонам с соответствующими названиями приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Диапазоны длин электромагнитных волн

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Система воспитания в школе «саммерхилл» а.нилла - справочник студента

Оценим за полчаса!
Наименование диапазона волн Длина волн Частоты
Радиоволны
Волныинфразвуковых и звуковых частот Более 100км Менее 3 кГц – ОНЧ*
Сверхдлинныеволны, СДВ 10-100 км 30-3 кГц
Длинныеволны, ДВ 1-10 км 300-30 кГц
Средниеволны, СВ 100-1000м 3-0.3 мГц
Короткиеволны, КВ 10-100 м 30-3 мГц
Ультракороткиеволны, УКВ
Метровыеволны, МВ 1-10 м 300-30 мГц
Дециметровыеволны, ДМВ 1-10 дм 3000-300 мГц – СВЧ**
Сантиметровыеволны, СМВ 1-10 см 30-3 ГГц – СВЧ**
Миллиметровыеволны, ММВ 1-10 мм 300-30 ГГц – СВЧ**
Субмиллиметровыеволны 0.1-1 мм 3000-300 ГГц
Оптические волны
Инфракрасноеизлучение, ИК 0.78 мкм-0.1мм 4·1014 — 3·1011 Гц
Видимыйсвет 0.38-0.78 мкм 7.5·1014 — 4·1014 Гц
Ультрафиолетовоеизлучение, УФ 0.1-0.38 мкм 3·1015 — 7.5·1014 Гц
Ионизирующие излучения
Рентгеновскоеизлучение, ИК 5 пм-10 нм 3·1016 — 6·1019 Гц
Гаммаизлучение Менее 5 пм Более 6·1019 Гц
*ОНЧ– очень низкие частоты; **СВЧ – сверхвысокие частоты

     На рис. 3.7 показан спектр ЭМВ с отдельно выделенным видимым поддиапазоном волн.

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента
Рис. 3.7 – Спектр электромагнитных волн

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента

Источник: https://greleon.ru/geodpribory/lekciipribory/267-lekciya-elektromagnitnye-volny-diapazony-elektromagnitnyh-voln-diapazony-dlin-elektromagnitnyh-volnspektr-elektromagnitnyh-voln.html

Свойства электромагнитных волн

В предыдущем параграфе мы рассмотрели опыты с генератором электромагнитных волн высокой частоты. Он был удобен тем, что вы могли видеть как источник волн, так и приёмник – антенну из двух проволок.

Для следующих опытов возьмём генератор и приёмник электромагнитных волн сверхвысокой частоты. Чем больше частота, тем короче может быть антенна.

Ниже показаны передатчик и приёмник, антенны которых настолько малы, что поместились внутри рупоров, удобных для опытов.

Отражение волн. Расположим рупоры передатчика и приёмника вблизи друг друга, наклонив их вниз. Электромагнитная волна не будет попадать в приёмный рупор, поэтому стрелка вольтметра будет на нуле.

Изменим условия опыта – расположим между рупорами металлическую пластину.

Теперь излучённая передатчиком электромагнитная волна отразится от электропроводящей поверхности и попадёт в рупор приёмника, поэтому вольтметр покажет наличие сигнала (см. рисунок).

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента Преломление волн. Расположим рупоры передатчика и приёмника напротив, немного опустив передатчик. При включении генератора вольтметр отметит отсутствие сигнала. Теперь поместим между рупорами куб из пластмассы, и вольтметр отметит наличие сигнала (см. рисунок). Так может произойти только в том случае, если испущенная передатчиком электромагнитная волна преломляется внутри диэлектрика.Классификация электромагнитных волн - Справочник студента Дифракция волн. Как мы уже отметили в § 11-г, дифракцией называется отклонение волн от прямолинейного распространения в одной и той же среде, приводящее к огибанию ими препятствий. Для наблюдения дифракции электромагнитных волн продолжим опыты с теми же приборами.Классификация электромагнитных волн - Справочник студентаРасположим рупоры напротив друг друга. При включении генератора вольтметр отметит наличие сигнала. Теперь закроем приёмный рупор электропроводящим металлическим диском. Вольтметр отметит отсутствие сигнала. Передвинем теперь диск на середину между рупорами. Вольтметр снова отметит наличие сигнала, хотя, и более слабого, чем прежде. Сделаем вывод: электромагнитная волна, частично огибая диск, попадает в рупор приёмника (см. рисунок).Классификация электромагнитных волн - Справочник студента

Интерференция волн. Как мы уже отметили в § 11-г, интерференция – это наложение нескольких волн, при котором возникает перераспределение их энергии, приводящее к возникновению областей с чередующимися усилениями и ослаблениями колебаний (то есть областей, куда энергия, переносимая волнами, попадает в меньшей или большей степени).

Для подготовки к наблюдению интерференции направим излучающий рупор на два металлических листа, расположенные под углом, чуть меньшим 180° (см. рисунок). Будем передвигать приёмный рупор в зоне между крайними красными стрелками. Ими мы показали области, где приёмник обнаружит максимумы притока энергии волн. В промежутке между стрелками приёмник отметит минимумы поступления энергии.

Источник: https://questions-physics.ru/uchebniki/8_klass/svoystva_elektromagnitnih_voln.html

Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Что такое ЭМП, его виды и классификация

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента

На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины «электрическое поле», «магнитное поле», «электромагнитное поле». Коротко поясним, что это означает и какая связь существует между ними.

Электрическое поле создается зарядами. Например, во всем известных школьных опытах по электризации эбонита, присутствует как раз электрическое поле.

Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику.

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м (Вольт-на-метр). Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, единица Тл(Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

       По определению, электромагнитное поле — это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами.

Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н — вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами.

При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента

       Важная особенность ЭМП — это деление его на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны.

В «ближней» зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r < l ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату r -2 или кубу r -3 расстояния.

В «ближней» зоне излучения электромагнитная волне еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно.

Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение.

«Дальняя» зона — это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3l . В «дальней» зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r -1.

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента      В «дальней» зоне излучения есть связь между Е и Н: Е = 377Н, где 377 — волновое сопротивление вакуума, Ом.

Поэтому измеряется, как правило, только Е. В России на частотах выше 300 МГц обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойтинга. Обозначается как S, единица измерения Вт/м2. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Наименование частотного диапазона Границы диапазона Наименование волнового диапазона Границы диапазона
Крайние низкие, КНЧ 3 — 30 Гц Декамегаметровые 100 — 10 Мм
Сверхнизкие, СНЧ 30 – 300 Гц Мегаметровые 10 — 1 Мм
Инфранизкие, ИНЧ 0,3 — 3 кГц Гектокилометровые 1000 — 100 км
Очень низкие, ОНЧ 3 — 30 кГц Мириаметровые 100 — 10 км
Низкие частоты, НЧ 30 — 300 кГц Километровые 10 — 1 км
Средние, СЧ 0,3 — 3 МГц Гектометровые 1 — 0,1 км
Высокие частоты, ВЧ 3 — 30 МГц Декаметровые 100 — 10 м
Очень высокие, ОВЧ 30 — 300 МГц Метровые 10 — 1 м
Ультравысокие,УВЧ 0,3 — 3 ГГц Дециметровые 1 — 0,1 м
Сверхвысокие, СВЧ 3 — 30 ГГц Сантиметровые 10 — 1 см
Крайне высокие, КВЧ 30 — 300 ГГц Миллиметровые 10 — 1 мм
Гипервысокие, ГВЧ 300 – 3000 ГГц Децимиллиметровые 1 — 0,1 мм
  • Основные источники ЭМП
  •        Среди основных источников ЭМИ можно перечислить:
  • Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда,…)
  • Линии электропередач (городского освещения, высоковольтные,…)
  • Электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации,…)
  • Бытовые электроприборы
  • Теле- и радиостанции (транслирующие антенны)
  • Спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны)
  • Радары
  • Персональные компьютеры
  • Электротранспорт
Читайте также:  Уравнения с переменными - справочник студента

Транспорт на электрической тяге – электропоезда (в том числе поезда метрополитена), троллейбусы, трамваи и т. п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. По данным (Stenzel et al.

,1996), максимальные значения плотности потока магнитной индукции В в пригородных «электричках» достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл. Среднее значение В на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл.

Типичный результат долговременных измерений уровней магнитного поля, генерируемого железнодорожным транспортом на удалении 12 м от полотна, приведен на рисунке.

Линии электропередач

Провода работающей линии электропередачи создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии достигает десятков метров.

Дальность распространение электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии ЛЭП — например ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение — тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы ЛЭП.

Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.

  1. Биологическое действие
  2. Электрические и магнитные поля являются очень сильными факторами влияния на состояние всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия.
  3. Например, в районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем поля.
  4. У растений распространены аномалии развития — часто меняются формы и размеры цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки.

Здоровый человек страдает от относительно длительного пребывания в поле ЛЭП.

Кратковременное облучение (минуты) способно привести к негативной реакцией только у гиперчувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергии.

Например, хорошо известны работы английских ученых в начале 90-х годов показавших, что у ряда аллергиков по действием поля ЛЭП развивается реакция по типу эпилептической.

При продолжительном пребывании (месяцы — годы) людей в электромагнитном поле ЛЭП могут развиваться заболевания преимущественно сердечно-сосудистой и нервной систем организма человека. В последние годы в числе отдаленных последствий часто называются онкологические заболевания.

Санитарные нормы

Исследования биологического действия ЭМП ПЧ, выполненные в СССР в 60-70х годах, ориентировались в основном на действие электрической составляющей, поскольку экспериментальным путем значимого биологического действия магнитной составляющей при типичных уровнях не было обнаружено.

В 70-х годах для населения по ЭП ПЧ были введены жесткие нормативы и по настоящее время являющиеся одними из самых жестких в мире. Они изложены в Санитарных нормах и правилах «Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты»№ 2971-84.

В соответствии с этими нормами проектируются и строятся все объекты электроснабжения.

Несмотря на то, что магнитное поле во всем мире сейчас считается наиболее опасным для здоровья, предельно допустимая величина магнитного поля для населения в России не нормируется. Причина — нет денег для исследований и разработки норм. Большая часть ЛЭП строилась без учета этой опасности.

На основании массовых эпидемиологических обследований населения, проживающего в условиях облучения магнитными полями ЛЭП как безопасный или «нормальный» уровень для условий продолжительного облучения, не приводящий к онкологическим заболеваниям, независимо друг от друга шведскими и американскими специалистами рекомендована величина плотности потока магнитной индукции 0,2 — 0,3 мкТл.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник: https://megalektsii.ru/s61385t11.html

Шкала электромагнитных волн. Длина / Частота / Название

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента
Проект Карла III Ребане и хорошей компании


Раздел недели: Тепловые величины: теплоемкость, теплопроводность, температуры кипения, плавления, пламени…
Классификация электромагнитных волн - Справочник студента
Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины  / / Шкала электромагнитных волн. Длина / Частота / Название.

Шкала электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн. Длина / Частота / Название.

Длина волн Частота (гц) Диапазоны Название группы волн (или частот) Основные способы получения и применения
108 км 1013 cм 3*10-3
  • Низко
  • частотные
  • волны
Инфранизкие частоты Генераторы специальных конструкций
Низкие частоты
107 км 1012 cм 3*10-2 Промышленные частоты Звуковые частоты
  1. Генераторы переменного тока;
  2. большинство электрических
  3. приборов и двигателей
  4. питается переменным током 50-60 гц.
  5. Звуковые генераторы.
  6. Используются в электроакустике
  7. (микрофоны), кино, радиовещании.
106 км 1011 cм 3*10-1
105 км 1010 cм 3*1
104 км 109 cм 3*10
103 км 108 cм 3*102
102 км 107 cм 3*103
10 км 106 cм 3*104
1 км 105 cм 3*105 Радио волны Длинные Генераторы электрических колебаний различных конструкций. Используются в телеграфии, радиовещании, телевидении, радиолокации и т.д. Метровые и дециметровые волны используются для исследования свойств вещества.
10-1 км 104 cм 3*106 Средние
10-2 км 103 cм 3*107 Короткие
1 м 102 cм 3*108 Метровые
1 дм 10 cм 3*109 Дециметровые
1 см 1 см 3*1010
  • Сантиметровые
  • Миллиметровые
  • Переходные
  1. Получаются в магнетронных, клистронных
  2. генераторах и мазерах.
  3. Применяются в радиолокации,
  4. радиоспектроскопии и радиоастрономии.
1 мм 10-1 cм 3*1011
102 мкм 10-2 cм 3*1012
  • Инфра
  • красные
  • лучи
Декамикронные Микронные Излучение нагретых тел (газоразрядные лампы и т.п.) Используются в инфракрасной спектроскопии, при фотографировании в темноте (в инфракрасных лучах)
10 мкм 10-3 cм 3*1013
1 мкм 10-4 cм 3*1014
Световые лучи.
102 нм 10-5 cм 3*1015
  1. Ультра
  2. фиолето
  3. вые
  4. лучи
Ближние Крайние Излучение Солнца, ртутных ламп и т.п. Используются в ультрафиолетовой микроскопии, в медицине.
10 нм 10-6 cм 3*1016
1 нм 10-7 cм 3*1017
1 Å 10-8 cм 3*1018
  • Рентгенов
  • ские
  • лучи
Ультрамягкие
  1. Получаются в рентгеновских трубках и в других приборах,
  2. где происходит торможение электронов с энергией более 105 эв.
  3. Используются в медицине, для изучения строения вещества,
  4. в дефектоскопии
10-1 Å 10-9 cм 3*1019 Мягкие
10-2 Å 10-10 cм 3*1020 Жесткие
1 X 10-11 cм 3*1021 Гамма излучение
  • Возникают при радиоактивных распадах ядер,
  • при торможении электронов энергией более 105 эв
  • и при других взаимодействиях элементарных частиц.
  • Используются в гамма-дефектоскопии,
  • при изучении свойств вещества.

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.

Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса.

Источник: https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/ElectricityAndMagnethism/ElectromagneticWaves/

Классификация электромагнитных волн

Шкалу электромагнитных волн формирует разнообразие электромагнитных излучений, классифицированное по частоте и длине волны.

Классификация электромагнитных волн - Справочник студента

  • Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами:
  • пространственное разделение — каждая антенна спутника принимает сигнал только с определенного района, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты.
  • поляризационное разделение — различные антенны принимают и передают сигнал во взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации, при этом одни и те же частоты могут применяться два раза (для каждой из плоскостей).
  • Частотные диапазоны:

Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн.

Частоты, на которых происходит передача от земной станции к спутнику, отличаются от частот, используемых для передачи от спутника к земной станции (как правило, первые выше).

Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами.

Микроволны — это поддиапазон радиоизлучения, примыкающий к инфракрасному. Его также называют сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением, так как у него самая большая частота в радиодиапазоне.

Микроволновый диапазон интересен астрономам, поскольку в нем регистрируется оставшееся со времен Большого взрыва реликтовое излучение (другое название — микроволновый космический фон).

Оно было испущено 13,7 млрд лет назад, когда горячее вещество Вселенной стало прозрачным для собственного теплового излучения.

По мере расширения Вселенной реликтовое излучение остыло и сегодня его температура составляет 2,7 К.

Реликтовое излучение приходит на Землю со всех направлений. Сегодня астрофизиков интересуют неоднородности свечения неба в микроволновом диапазоне. По ним определяют, как в ранней Вселенной начинали формироваться скопления галактик, чтобы проверить правильность космологических теорий.

А на Земле микроволны используются для таких прозаических задач, как разогрев завтрака и разговоры по мобильному телефону.

Атмосфера прозрачна для микроволн. Их можно использовать для связи со спутниками. Есть также проекты передачи энергии на расстояние с помощью СВЧ-пучков.

Источник: https://videouroki.net/razrabotki/klassifikatsiya-elektromagnitnykh-voln.html

Классификация электромагнитных полей

Классической основой существования электромагнитного поля является наличие электрического заряда. Любой покоящийся электрический заряд создает вокруг себя неизменное во времени поле, которое принято называть электростатическим.

Если заряд привести в движение, то вокруг него появляется магнитное поле. В проводнике с постоянным электрическим током суммарное число положительных и отрицательных зарядов обычно одинаково.

Поэтому в окрестности такого проводника существует только магнитостатическое поле.

Кроме того, ряд веществ, в частности железо и его соединения, также могут создавать вокруг себя магнитное поле. Эти достаточно сильные магнитные поля определяются особой квантовой физической характеристикой элементарных частиц, из которых состоит атом (электроны, протоны, нейтроны), — спиновым магнитным моментом (см. разд. II).

Рис. 4.2

Характерная структура силовых линий статических электрического и магнитного полей (силовые линии обычно строятся так, что касательная к ним в любой точке совпадает с направлением векторов Е или В):

ауб — электростатическое поле уединенных положительного и отрицательного электрических зарядов; в — электростатическое поле двух разноименных электрических зарядов; г — магнитостатическое поле постоянного магнита (М — северный, Э — южный магнитные полюса); д — электростатическое поле двух одноименных электрических зарядов; е — магнитное поле пары параллельных проводников с током различного направления; ж — магнитное поле вокруг проводника с током; и — магнитное поле электрически нейтрального нейтрона (в — спин нейтрона).

Если магнитное поле в некоторой области пространства изменяется, то в этой же области возникает электрическое поле, не обусловленное наличием каких-либо электрических зарядов. Оно принципиально отличается от электрического поля, порождаемого электрическим зарядом.

Во-первых, это поле (как впрочем и магнитное поле) непотенциально[1].

Во-вторых, силовые линии этого поля всегда замкнуты (отчего поле получило свое название — вихревое электрическое поле), в то время как в потенциальном электрическом поле, порождаемом электрическими зарядами, силовые линии всегда начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных (рис. 4.2).

Аналогично, если в какой-либо области пространства появляется переменное во времени электрическое поле (например, за счет неравномерно движущегося или колеблющегося электрически заряженного тела), то возникает дополнительно вихревое магнитное поле.

Таким образом, существует два вида электрических полей:

  • 1) потенциальное электрическое поле, порождаемое электрическими зарядами;
  • 2) вихревое электрическое поле, порождаемое переменным магнитным полем.

Но природа оказалась асимметричной в отношении электромагнитных полей. «Магнитные заряды» (известные как Северный и Южный магнитные полюса) не могут существовать раздельно.

Они появляются всегда парами, образуя магнитный диполь. В то же время положительный и отрицательный электрические заряды могут существовать независимо друг от друга.

Возможно, поэтому магнитное поле всегда непотенциальное и вихревое, хотя может порождаться также двояко:

  • 1) движущимся электрическим зарядом или потоком электрически заряженных частиц (электрический ток);
  • 2) отличным от нуля спиновым магнитным моментом элементарной частицы.

Вихревое переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает вихревое магнитное поле, создавая, таким образом, в некоторой области пространства структуру, называемую электромагнитной волной. Частным случаем электромагнитной волны является обычый свет.

Читайте также:  Эластичность спроса и предложения - справочник студента

Все электромагнитные волны распространяются в « пустом » пространстве с одинаковой скоростью — с0 * 300 000 км/с (скорость света). В диэлектрических средах, характеризующихся относительными диэлектрической и магнитной проницаемостями е и р, скорость волны в ч(щх раз меньше с0.

В проводящих средах электромагнитная волна, как правило, быстро затухает.

В соответствии с перечисленными механизмами возникновения полей и спецификой чувствительности к ним биообъектов принято различать.

1. Постоянный и переменный электрический ток. Постоянный электрический ток, как правило, распределен по всему сечению проводника. Переменный же ток создает вокруг себя электромагнитное поле, которое стремится вытеснить заряды к внешней поверхности проводника (скин-эффект).

Чем больше частота переменного тока, тем меньше проникновение заряженных частиц внутрь проводящего объекта. Поэтому воздействие токов различной частоты на организм, являющийся, в общем случае, проводником по отношению к электрическим зарядам, также будет различным по последствиям.

Рис. 4.3

Спектр электромагнитных волн(полей)

  • 2. Электростатическое поле — постоянное или медленно изменяющееся во времени поле, создаваемое электрическими зарядами.
  • 3. Магнитостатическое поле — как правило, возникающее в окрестности постоянных магнитов или проводников с постоянным (или достаточно медленно изменяющимся во времени) электрическим током.
  • 4. Электромагнитное поле — создаваемое изменяющимися во времени электрическим током или переменными электрическими и магнитными полями. Частотный спектр электромагнитных полей представлен на рисунке 4.3.
  • Так же, как и в случае с переменным электрическим током, следует ожидать различные результаты воздействия на организм в зависимости от частоты поля.
  • Исходя из приведенного на рисунке 4.3 спектра электромагнитных волн, обычно выделяют наиболее характерные частотные диапазоны: Радиодиапазон — частоты от 3 Гц до 3000 ГГц (3000 109 Гц); Оптический (световой) диапазон — излучение инфракрасное (ИК), видимое, ультрафиолетовое (УФ);
  • Природные источники — поле Земли (постоянное электрическое и геомагнитное поля), излучение, приходящее на Землю из космоса, волны (радиоволны), генерируемые процессами, происходящими на Земле (разряды молний, процессы, протекающие в ионосфере Земли и пр.)

Естественное электрическое поле Земли создается избыточным электрическим зарядом на ее поверхности и обычно находится в пределах 100- 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность этого поля до десятков кВ/м.

В электрическом поле Земли (земной шар заряжен отрицательно) капли воды поляризуются. На нижней части капли скапливается положительный заряд, на верхней — отрицательный. Крупная капля при своем падении преимущественно захватывает отрицательные ионы воздуха и приобретает электрический заряд. Положительные ионы уносятся вверх восходящим потоком воздуха.

Другой механизм — это зарядка капель при их дроблении встречными потоками воздуха. Мелкие брызги заряжаются отрицательно и уносятся вверх, а крупные, заряженные положительно, падают вниз. Обычно в нижней части грозового облака накапливается отрицательный заряд (за исключением небольшой, положительно заряженной области), а в верхней — положительный.

Перед грозой или во время ее нередко на остриях и острых углах высоко поднятых предметов вспыхивают похожие на кисточки конусы света. Этот медленный и мирно совершающийся разряд называют с давних времен огнями святого Эльма (см. рис. 4.4). Древние считали появление этих огней хорошим предзнаменованием. Огни святого Эльма не что иное, как форма коронного разряда.

Заряженное облако индуцирует на поверхности Земли под собой электрические заряды противоположного знака. Особенно большой заряд скапливается на остриях. Когда напряженность электрического поля достигнет критического значения 30 000 В/см, начинается разряд.

Образовавшиеся возле острия вследствие обычной ионизации воздуха электроны ускоряются полем и, сталкиваясь с атомами и молекулами, разрушают их. Число электронов и ионов лавинообразно растет, и воздух начинает светиться.

Рис. 4.4

Формирование электростатических полей вблизи поверхности Земли (а) и огни святого Эльма (б)

Геомагнитное поле Земли состоит на 99% из постоянного магнитного поля напряженностью от 33,4 до 55,7 А/м и переменного (с амплитудой в сотые доли А/м), порождаемого процессами в магнитосфере и ионосфере Земли. Магнитные бури могут многократно увеличивать амплитуду этой составляющей геомагнитного поля.

Основным естественным источником ЭМП на Земле является Солнце. Большая часть этого излучения приходится на оптический диапазон спектра и вносит основной вклад в суммарную энергию, поступающую на Землю.

Тем не менее важное значение для проблемы солнечно-земных связей имеет корпускулярное (не обусловленное фотонами) излучение Солнца (солнечый ветер), которое является весьма изменчивым. Большинство изменений в конкретных участках электромагнитного спектра связаны с активностью Солнца.

От изменений солнечной активности не зависит лишь узкая полоса спектра в области ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного излучений, доходящих до поверхности Земли через озоновый экран биосферы.

Антропогенные источники делятся на 2 группы:

  • 1) генерирующие крайне низкие и сверхнизкие частоты до 3 кГц (линии электропередач, трансформаторные подстанции, системы электропроводки, транспорт на электроприводе: железнодорожный транспорт, троллейбусы, трамваи и т. п.);
  • 2) генерирующие излучение в радиочастотном диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц (функциональные передающие устройства, медицинские терапевтические и диагностические установки, бытовое оборудование, включая СВЧ-печи, телевизоры, мониторы ПК и пр.).

К излучению биологической природы относят электромагнитные поля, обусловленные процессами обеспечения жизнедеятельности организмов и других биообъектов. Считается, например, что человек в процессе жизнедеятельности излучает порядка 100 Вт энергии в виде ЭМИ.

Учитывая, что электромагитые поля могут вызвать отрицательные эффекты с точки зрения жизнеобеспечения, существуют специальные нормативы так называемых предельно допустимых уровней (ПДУ) излучения, превышать которые запрещается без необходимости. По мере изучения особенностей воздействия ЭМИ на организм эти нормы корректируются.

Однако считать, что эта проблема надежно контролируется пока нельзя — существует достаточно много проблем с определением гигиенических норм ПДУ. Особенно сложно обстоит дело с нормированием магнитного поля. Исследования последних лет показали, что во многих практических случаях организм оказывается более чувствителен к магнитным полям, чем к электрическим.

Последнее связывают с наличием отличного от нуля упоминавшегося выше спина основных частиц, которые образуют биологические микроструктуры. Поэтому возникает практическая необходимость не только измерять независимо уровень магнитного поля, но и вводить для него специальные ПДУ. В настоящее время наиболее жесткие ПДУ для магнитного поля приняты в Швеции.

Они определены для магнитной индукции Впд = 0,2 мкТл.

Источник: https://ozlib.com/870365/ekologiya/klassifikatsiya_elektromagnitnyh_poley

Характеристики электромагнитных волн — Физика

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения.

Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше.

Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света.

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определенные более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач). К таким более специализированным разделам относятся оптика (и ее разделы) и радиофизика. Жестким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий; в соответствии с современными представлениями (Стандартная модель) при высоких энергиях электродинамика перестает быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при еще более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями.

Существуют различающиеся в деталях и степени общности теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной из завершенных и проверенных теорий такого рода является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь). Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других — медицинских и биологических — позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии. Существует также ряд областей — фундаментальных и прикладных — таких, как астрофизика, фотохимия, биология фотосинтеза и зрительного восприятия, ряд областей спектрального анализа, для которых электромагнитное излучение (чаще всего — определенного диапазона) и его взаимодействие с веществом играют ключевую роль. Все эти области граничат и даже пересекаются с описанными выше разделами физики.

Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:

  • наличие трёх взаимно перпендикулярных (в вакууме) векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.
  • электромагнитные волны — это поперечные волны, в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.

Источник: https://www.sites.google.com/site/sergkraskaa/elektromagnitnye-volny/harakteristiki-elektromagnitnyh-voln

Международная классификация электромагнитных волн — Физика

Таблица 5.1. Международная классификация электромагнитных волн

Номер диапазона Название диапазона радиочастот Диапазон радиочастот Название диапазона радиоволн Диапазон радиоволн
Крайние низкие, КНЧ 3-30 Гц Декамегаметровые 100-10 Мм
Сверхнизкие, СНЧ 30-300 Гц Мегаметровые 10-1 Мм
Инфранизкие, ИНЧ 0,3-3 кГц Гектокилометровые 1000-100 км
Очень низкие, ОНЧ 3-30 кГц Мириаметровые 100-10 км
Низкие частоты, НЧ 30-300 кГц Километровые 10-1 км
Средние, СЧ 0,3-3 МГц Гектометровые 1-0,1 км
Высокие частоты, ВЧ 3-30 МГц Декаметровые 100-10 м
Очень высокие, ОВЧ 30-300 МГц Метровые 10-1 м
Ультравысокие, УВЧ 0,3-3 ГГц Дециметровые 1-0,1 м
Сверхвысокие, СВЧ 3-30 ГГц Сантиметровые 10-1 см
Крайне высокие, КВЧ 30-300 ГГц Миллиметровые 10-1 мм
Гипервысокие, ГВЧ 300-3000 ГГц Децимиллиметровые 1-0,1 мм

В «дальней» зоне излучения устанавливается связь Е = 377Н, где 377 — волновое сопротивление вакуума (Ом), поэтому измеряется, как правило, только Е.

В отечественной практике санитарно-гигиенического надзора (контроля) на частоте выше 300 МГц в «дальней» зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ).

За рубежом ППЭ обычно измеряется для частоты выше 1 ГГц, обозначается S, единица измерения — ватт на квадратный метр (Вт/м2). ППЭ характеризует значение энергии, теряемой системой за единицу времени вследствие излучения электромагнитных волн.

Низкочастотное электромагнитное поле. Включает электромагнитные поля частотного диапазона от 0 до 3000 Гц. Наиболее часто облучение происходит от источников промышленной частоты 50 Гц (60 Гц для США и Японии). Длина волны для частоты 50 Гц составляет 6000 км. Поэтому все значимые случаи облучения происходят в ближней зоне.

Измерения электрического и магнитного полей осуществляются раздельно. Длина волны электромагнитного поля промышленной частоты намного превышает характерные размеры излучателей. Это позволяет рассматривать электрические и магнитные поля промышленной частоты как квазистатические.

При таком допущении рассмотрение и вычисление электрических и магнитных полей производится раздельно через значения потенциалов и токов проводов.

Электромагнитное поле радиочастотного диапазона. Радиочастотный диапазон включает частоты от 3 кГц до 6000 ГГц. Практически все его поддиапазоны используются для задач связи, радиолокации, технологических и лечебно-диагностических целей.

Подавляющее большинство случаев облучения в радиочастотном диапазоне происходит в «дальней» зоне электромагнитной волны, где электромагнитная волна имеет сферический фронт, напряженность поля убывает как 1/r, амплитуда поля зависит только от угловых координат.

В этом случае применимо понятие диаграмма направленности излучателя (антенны) — заданное распределение амплитуды поля излучения или плотности потока излучения в зависимости от угловых координат.

Вид диаграммы направленности зависит от антенны-излучателя, как правило, имеет лепестковую структуру, обусловленную интерференцией волн, излучаемых и рассеиваемых элементами антенны. Если синфазно складываются поля всех элементов, то соответствующий им максимум называется главным. Подбором излучателей можно создавать антенны любой диаграммы направленности.

Электромагнитный импульс — изменение параметров электромагнитного поля в течение конечного промежутка времени. Участки нарастания и спада импульса называются его передними и задними фронтами, максимальное отклонение от нулевого (или постоянного) уровня — амплитудой импульса.

Длительность импульса или ширина импульсного сигнала определяется на некотором уровне его высоты (чаще всего на уровне 0,9 максимального значения).

Последовательность импульсных сигналов характеризуется скважностью это безразмерная величина, равная отношению периода повторения импульса к длительности одиночного импульса.

Импульсная модуляция возникает, когда модулирующий сигнал имеет вид импульса. При этом результирующий сигнал представлен цугом колебаний высокой частоты или радиоимпульса. Радиоимпульсы используются, например, в радиолокации иногда с дополнительной частотной модуляцией несущего сигнала.

В многоканальных системах связи (например, сотовая связь) в качестве переносчика информации используются не гармонические колебания, а периодические последовательности радиоимпульсов. Такая последовательность определяется четырьмя параметрами: амплитудой, частотой следования, длительностью (шириной) и фазой.

В соответствии с этим возможны четыре типа импульсной модуляции: амплитудно-импульсная. частотно-импульсная, широтно-импульсная и фазово-импульсная.

Источник: https://student2.ru/fizika/1897318-mezhdunarodnaya-klassifikaciya-yelektromagnitnykh-voln/

Ссылка на основную публикацию