01.05.2024

Магнитное электрическое поле: This page cannot be found

Содержание

§ 7 учебника К.Ю. Богданова для 11 класса

§ 7. электромагнитное поле

Электрическое и магнитное поля,
взаимосвязанные между собой, являются проявлениями электромагнитного поля, особой
формы материи, осуществляющей взаимодействие между заряженными частицами.   

Многие экспериментальные факты демонстрируют тесную связь между
электрическим и магнитным полями. При этом электрическое поле может возникать в
двух случаях: (1) из-за наличия электрических зарядов (см. «Электростатическое
поле» в курсе физики для 10 класса), (2) при изменении магнитного поля (§ 5). В
то же время магнитное поле, как нам известно, возникает только в одном случае -
при движении электрических зарядов (§ 1). Считая, что электрическое и магнитное
поля являются лишь частными проявлениями единого электромагнитного поля,
Максвелл выдвинул гипотезу (впоследствии подтвержденную на опыте) о том, что
магнитное поле может возникать не только при движении зарядов, но и при любом
изменении электрического поля.

Согласно гипотезе Максвелла изменяющееся электрическое
поле создаёт вихревое магнитное поле аналогично тому, как изменяющееся
магнитное поле приводит к возникновению вихревого электрического поля. На рис.
7 показано, как возникает вихревое магнитное поле между обкладками плоского
конденсатора при его зарядке током I. Видно, что при изменении электрического поля между
пластинами конденсатора возникает магнитное поле, похожее на то, как если бы
между пластинами протекал электрический ток.

Гипотеза Максвелла дала возможность построить полную систему
взаимосвязей между электрическими и магнитными полями – теорию электромагнитного
поля
. Основой теории электромагнитного поля является система дифференциальных
уравнений Максвелла, связывающая различные характеристики электрического и
магнитного полей.

Явление электромагнитной индукции и гипотеза Максвелла убеждают
нас в том, что электрическое и магнитное поле не могут существовать отдельно
друг от друга. Например, нельзя создать переменное магнитное поле, не создав
при этом переменное электрическое поле, так как согласно закону электромагнитной
индукции переменное магнитное поле вызовет переменное электрическое поле. И наоборот,
создавая переменное электрическое поле, мы обязательно создадим переменное
магнитное поле.

Существование в данной точке только магнитного или только
электрического поля зависит от системы отсчёта, в которой мы ведём наблюдения. Например, покоящийся электрический
заряд создает только электрическое поле. Но если тот же заряд движется относительно
наблюдателя или наблюдатель движется относительно заряда, то поле в данной
точке оказывается уже не только электрическим, но отчасти и магнитным, так как
движение заряда создаёт вокруг магнитное поле. То же касается и поля,
создаваемого постоянным магнитом – в системе отсчёта, связанной с магнитом,
регистрируется только магнитное поле, а в системе отсчёта, движущейся
относительно магнита, присутствует ещё и вихревое электрическое поле. Поэтому перед
тем, как утверждать, что в данной точке пространства существует только
электрическое или только магнитное поле, необходимо указывать систему отсчёта,
в которой делаются наблюдения.

Электромагнитное
поле – особая форма материи, осуществляющая взаимодействие между заряженными
частицами, проявление которой зависит от выбранной системы отсчёта.

Вопросы для повторения:

·       
Какие опыты демонстрируют тесную связь между электрическими и
магнитными полями?

·       
В каких случаях возникают электрические и магнитные поля?

·       
В чём состоит гипотеза Максвелла?

·       
Почему, говоря о существовании только электрического или
только магнитного поля в данной точке, надо всегда указывать систему отсчёта?

 


 

Рис. 7. К объяснению гипотезы Максвелла. Возникновение магнитного
поля при изменении электрического поля между пластинами конденсатора при его
зарядке. Линии магнитной индукции – синие концентрические окружности, охватывающие
силовые линии электрического поля.

Электрическое поле

В работе

Эфироэлектрическая теория достигла, наконец, такого уровня развития, что позволяет приступить к созданию целостной картины мира. В настоящее время такая работа ведётся, промежуточные результаты периодически выкладываются в разделе «Картина мира».

Новости:

08.11.2020

21.04.2020

08.01.2019

23.09.2018

24.10.2017

   Понятие «электрическое поле«, как и понятие вообще обо всех, так называемых, физических полях возникло сравнительно недавно. Двухсот лет не прошло. Вначале людям было достаточно того, что наэлектризованные тела так или иначе взаимодействуют друг с другом. Без понятия поля удалось построить практически всю электростатику, сформировать закон Кулона, выяснить роль среды в электрических взаимодействиях. Действие заряженных тел на расстоянии во времена Ш. О. Кулона не представлялось чем-то непонятным. Дело в том, что со времён Ньютона люди привыкли к тому, что массивные тела притягиваются друг к другу на расстоянии, без непосредственного контакта. Этого понимания было вполне достаточно для построения практически всей классической механики. На расстоянии взаимодействовали и заряды и магниты. Но вот в первой трети 19 века, во времена Фарадея, многие исследователи начали задаваться вопросом: как же могут взаимодействовать материальные объекты на расстоянии через «ничто»?

   Надо отметить, что в те времена уже существовал универсальный ответ на этот вопрос: материальные тела взаимодействуют друг с другом вовсе не через «ничто», а через вполне реальную окружающую их среду, через мировой эфир.  Но такой ответ был слишком общим, слишком абстрактным. Без точных знаний об эфире не удавалось даже понять чем отличаются гравитационные взаимодействия 
от электрических, а электрические от магнитных и т.п. А ответы хотелось получить здесь и сейчас. Обычное для людей свойство. Тогда некоторые учёные (в частности сам М. Фарадей), просто объявили, что наэлектризованные или намагниченные тела окружены неким подобием «атмосферы», некоей субстанцией, которую назвали в случае наэлектризованных тел электрическим полем, а в случае тел намагниченных (и токов) магнитным полем. Конечно же, сразу проэкстраполировали эту идею на взаимодействие массивных тел, и назвали специфическую атмосферу, якобы окружающую массивные тела, гравитационным полем.

   Вначале никто особо не настаивал на физической реальности этих полей (за исключением, быть может, М. Фарадея, который, говорят современники, буквально «видел» силовые линии). Потом много потрудились над понятием поля математики и математически образованные физики, такие как Дж. Максвелл, О. Хевисайд, Г. Герц. Выведены были уравнения полей, установлены различные красивые законы и соотношения, началось плодотворное практическое использование электричества и магнетизма. И к концу 19 века уже все прочно верили в то, что эти физические поля — не просто удобный приём для описания неких загадочных взаимодействий, но реально и объективно существующие физические субстанции.  Произошло так называемое овеществление полей (по К. Канну). Но быстро выяснилось, что магнитные явления могут порождать электрические, а электрические процессы могут порождать магнитные взаимодействия. Стало быть, что же, эти поля не есть самостоятельные, объективно существующие и независящие ни от чего сущности? К этому времени из физики уже практически изгнали мировой  эфир, отчаявшись грубыми механистическими методами что-то выяснить о его сущности и свойствах. Так что вернуться назад, от придуманных наскоро «полей» к основе, к мировой среде было уже затруднительно.

   В начале 20 века учёные понимают, что никакиго магнитного поля, как самостоятельной физической субстанции не существует, а электрическое поле тоже проявляет себя по-разному в зависимости от того движется прибор или стоит. Возникла и экспериментальная база и теории, вроде специальной теории относительности (СТО) Эйштейна, которые ясно показывали  относительность силовых взаимодействий, а, значит, и их причины — физических полей. А раз «поле» зависит от того, движется наблюдатель (с прибором) или нет, вплоть до полного исчезновения этого «поля», то какие же они, к чёрту, объективно существующие субстанции? Чтобы как-то смягчить шок и недоумение от этого случившегося в первой же трети 20 века «исчезновения полей», учёные придумали так называемое «электромагнитное поле». Мол, магнитного и электрического поля нет, а есть единое электромагнитное поле, частными проявлениями которого являются электрические и магнитные явления, и вот оно-то и обладает объективным бытием. Вроде бы, ловкий ход? Увы, к тому времени как этот приём был придуман и внедрён в широкий научный обиход, уже появились на свет и «овеществились» новые «поля»: сильное и слабое ядерное, отвечающие за соответствующие взаимодействия между элементарными частицами. Да и с гравитационным случилась беда — оно, оказывается (по крайней мере теоретически, в рамках общей теории относительност (ОТО)),  должно влиять на электрические и магнитные взаимодействия. А возможно и на слабые с сильными. И тут родилась идея объединить все вообще столь поспешно овеществлённые «поля» в некое «Единое Поле», которое, соответственно, обладало бы максимальной объективностью и могло бы объяснить все известные учёным виды физических силовых взаимодействий. Идея, вроде бы, благородная. Только вот почти столетие возни в этом направлении так и не принесло серьёзного результата. Не выходит, увы, «каменный цветок»! А если завтра учёные придумают ещё парочку «полей»? А ведь уже, уже тянут ручонки. .. Вон, космологический член, якобы отвечающий за расширение Вселенной кое-кто уже уверенно крестит «полем». Эдаким всемирным полем отталкивания…
   А куда, собственно, наука идёт этим путём? Путём порождения всё новых и новых «полей» и последующего мучительного объединения их в некое «единое поле»? А идёт она всё к той же «мировой среде», к эфиру, от которого так поспешно, так неудачно и так ненадолго попыталась отказаться. Так может быть ну его, этот махровый мазохизм бесконечного придумывания полей с последующим объединением? Может начать-таки плясать от печки, т.е. от признания вездесущей мировой среды, эфира, через который и посредством которого и передаются все виды взаимодействий? Оказывается, что электрическое поле разумно мыслить просто как поляризованный эфир. Ниже приведены работы, в которых показано, как электрическое поле может быть сведено к эфиру, к его определённому поляризованному состоянию и к чему такой шаг приводит.

  • Электрическое поле?! Это очень просто!


Магия электродинамики

Семенчик Олег
Старший инженер-схемотехник

XIX век был насыщен событиями определившими технологическое будущее человечества и заложившими фундамент его современного состояния. В это время существенное развитие получил раздел физики изучающий электромагнитное поле – электродинамика. Многие мировые ученые такие как Эрстед, Ампер, Кулон, Вольта, Лаплас, Лоренц и Эйнштейн внесли свой значимый вклад, но среди них выделяют Фарадея и Максвела. Первый экспериментально открыл явление и закон электромагнитной (э.м.) индукции, ставшие первым ясным свидетельством непосредственной динамической взаимосвязи электрического и магнитного полей. Второй, впервые опубликовал полную систему уравнений «классической электродинамики», описывающую эволюцию электромагнитного поля и его взаимодействие с зарядами и токами.

Особый интерес представляют закон э. м. индукции Фарадея, определяющий генерацию электрического поля переменным магнитным и описывающий обратный процесс — закон Ампера-Максвелла, определяющий генерацию магнитного поля переменным электрическим.

Развитие электродинамики позволило в ХIХ веке создать первые трансформаторы, электрические генераторы и электродвигатели, а к концу века ввести в строй первую линию электропередач протяженностью в 170 км.

На данный момент 95% мирового производства электроэнергии генерируются в процессе преобразования различных видов энергии в электрическую, основанного на явлении э.м. индукции. «Сердцем» преобразования является электрический генератор, где кинетическая энергия преобразуется в электрическую.

В общем случае современные электростанции преобразуют исходный вид энергии из невозобновляемых или возобновляемых источников в механическую энергию, используемую для вращения турбин, которые вращают систему магнитов, размещенных внутри гигантских медных катушек индуктивности для производства электричества. Формируемое переменное магнитное поле воздействует на электроны в медных проводниках, заставляя переходить их от атома к атому, что формирует электрическое поле в катушках и электрический ток на выходе генератора.  Турбины представляют собой набор лопастей или роторов, которые вращаются от энергии потока газа, воды, пара или ветра.

Для передачи электрической энергии на дальние расстояния используют повышающие напряжение трансформаторы для снижения потерь на сопротивлениях проводов линий электропередач.

В атомной электростанции энергия реактора нагревает теплоноситель первого закрытого контура, который нагревает воду в парогенераторе второго открытого контура.

В тепловых электростанциях энергия газа, твердого или жидкого топлива вращает лопасти газовой/паровой турбины или поршневые агрегаты, на которых установлен генератор.

Работа оборудования, производимого Армтел невозможна без электронных компонентов, где используются обратимые преобразования магнитного поля в электрический ток.  Любое из переговорных устройств систем IPN или DCN возможно привести к обобщённой структурной схеме, где сердцем энергетических и сигнальных преобразований будут являться трансформаторы и катушки индуктивности в различных исполнениях.

Сигнальные и силовые трансформаторы применяются для преобразования переменного напряжения и гальванической развязки. Основной силовой преобразователь напряжения импульсами частотой в 100-400 кГц передает энергию входного постоянного напряжения +48V через трансформатор. Вторичные преобразователи импульсами частотой 500-2000 кГц передают энергию постоянного напряжения через катушки индуктивности, формируя пониженное напряжение для непосредственного питания микросхем. Гальваническая развязка подразумевает передачу сигнальной или силовой энергии посредством магнитного поля и обеспечивает отсутствие прямой электрической связи между внешними и внутренними цепями электронного устройства. Это обеспечивает безопасность устройства для пользователя и минимизацию возможных проблем от перепадов напряжения между системами заземления систем электропитания, разнесенных в пространстве.

Для передачи энергии звуковой частоты на внешний громкоговоритель отнесенный на десятки и сотни метров используется схема с повышением напряжения для снижения потерь на сопротивлении длинных линий.

Катушки индуктивности применяется для накопления энергии в магнитном поле, подавления помех и фильтрации, ограничения переменного тока и повышения или понижения напряжения во вторичных преобразователях напряжения без гальванической развязки.

Катушка индуктивности электродинамического громкоговорителя совместно с магнитной системой динамика обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую. Переменный электрический ток звуковой частоты через катушку, размещенную на гибком подвесе относительно постоянного магнита, создает условия для создания механической силы, называемой электродинамической. Изменение этой силы будет меняться пропорционально электрическому току через проводник катушки индуктивности. Колебания диффузора, размещенного вместе с катушкой сформируют соответствующие колебания воздушного пространства.

Электрические компоненты, работающие на основе законов электродинамики играют важнейшую роль в уровне развития современной техники и образуют основу для современного мира в существующем виде.

Дополнительный материал:

Существует простой способ увидеть магнитное поле – поместить постоянный магнит в объём заполненный жидкостью с металлической стружкой. Стружка, пронизываемая магнитным полем будет стремиться разместиться на его магнитных линиях.

https://yadi.sk/i/zLTgQCz7MqdB4A

Электромагнитные волны и их спектр, электромагнитное поле, беспроводная радиосвязь

Электромагнитные волны и их спектр, электромагнитное поле, беспроводная радиосвязь

Все об электромагнитных волнах и их спектре, электромагнитном поле, беспроводной радиосвязи.

Исторически первой технологией беспроводной связи является радиосвязь. В свое время она нашла очень широко применение, и по-прежнему успешно служит в наши дни. Удобные многоканальные радиостанции позволяют пользователю разговаривать на коротких расстояниях, в то время как гражданские радиостанции и морские радиостанции предлагают услуги связи для моряков. Радиолюбители обмениваются данными и выполняют функции экстренной связи во время бедствий с помощью своего вещательного оборудования и даже могут передавать цифровую информацию по радиочастотному спектру.

Принцип работы беспроводной радиосвязи основан на использовании энергии электромагнитного поля и электромагнитных волн (радиоволн). Радиовещательная служба, транслирует звук в эфире в виде радиоволн. Радио использует передатчик, который используется для передачи данных в форме радиоволн на приемную антенну. Радиовещание может также осуществляться через кабельную сеть и спутники (свч-связь).

Электромагнитное поле — связанные между собой переменные электрическое и магнитное поля. Между электрическим и магнитным полем существует теснейшая взаимная связь, которая заключается в том, что не только всякие изменения магнитного поля сопровождаются появлением электрического поля (это явление электромагнитной индукции), но также и всякие изменения электрического поля сопровождаются появлением магнитного поля.

Поэтому в электромагнитном поле электрическое поле может возникать не вследствие присутствия электрических зарядов, а вследствие изменений магнитного поля. Магнитное же поле может возникать не вследствие наличия электрических токов, а в результате изменений электрического поля. Поэтому переменное электромагнитное поле может существовать в тех областях пространства, где нет ни электрических зарядов, ни электрических токов и нет никаких проводников.

Указанная связь между электрическим и магнитным полями делает возможным не только существование электромагнитного поля в отсутствии электрических зарядов и токов, но и распространение этого поля в пространстве.

Переменное электрическое поле возбуждает в смежных областях пространства переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает в смежных областях пространства переменное электрическое поле и так от точки к точке распространяется переменное электромагнитное поле в пространстве, в котором нет проводников.

Тем, что переменные электромагнитные поля могут распространяться в пространстве без помощи проводников, и пользуются для радиосвязи. Для этого применяют периодически меняющиеся быстропеременные электромагнитные поля, которые носят название электромагнитных волн.

Электромагнитные волны — периодически меняющееся электромагнитное поле, способное распространяться в пространстве без помощи проводов.

Скорость, с которой распространяются электромагнитные волны в пространстве, зависит от свойств заполняющей это пространство среды. Если среда обладает диэлектрической проницаемостью ε и магнитной проницаемостью μ, то скорость распространения электромагнитных волн в среде:

υ = с/(sqr(ε·υ)),

где с — скорость распространения этих волн в пространстве, не заполненном веществом, равная примерно 300000 км/сек (с такой же скоростью распространяются и световые волны, являющиеся по своей природе также электромагнитными волнами).

Длина электромагнитной волны λ это — путь, проходимый электромагнитным полем за один период его колебаний Т. Следовательно:

λ = υ·T = υ/f

где f — частота колебаний поля.

Переменное электромагнитное поле возникает вокруг всякого контура, по которому течет переменный ток. Однако если размеры контура очень малы по сравнению с той длиной волны, которая соответствует частоте текущего в контуре тока, то электромагнитное поле, возникающее вокруг контура, остается связанным с этим контуром и при этом быстро убывает по мере удаления от контура.

Если же размеры контура увеличиваются, то постепенно,- по мере приближения размеров контура к длине волны, возбуждаемой в этом контуре, все большая и большая часть электромагнитного поля теряет свою связь с контуром и в виде электромагнитных волн распространяется во все стороны от контура, сравнительно медленно убывая по мере удаления от контура — происходит излучение электромагнитных волн.

Электромагнитные волны, удаляясь от контура, уносят с собой ту энергию, которая сосредоточена в электрическом и магнитном полях волны Направление распространения электромагнитных волн и направление течения энергии волны определяется вектором Умова-Пойнтинга.

Если с помощью генератора быстрых электрических колебаний возбуждать быстропеременные токи в контуре, который способен излучать электромагнитные волны, то часть энергии колебаний генератора будет излучаться этим контуром в виде электромагнитных волн и распространяться в окружающем пространстве. Так действует передающая радиостанция.

Контуры передатчика, служащие для излучения электромагнитных волн, носят название передающих антенн. Если волны, распространяющиеся в пространстве, встречают на своем пути проводники, то переменное электромагнитное поле волны возбуждает в этих проводниках (которые в этом случае носят название приемных антенн) переменные токи, на создание которых затрачивается часть энергии электромагнитных волн.

Эти токи во всем подобны токам в передающей антенне, возбуждающей электромагнитные волны, но энергия этих токов гораздо меньше, чем энергия токов в передающей антенне, вследствие того, что при распространении волн энергия эта рассеивается во все большем и большем объеме и, кроме того, может происходить поглощение энергии электромагнитных волн в лежащих на их пути проводниках. Так может быть осуществлена передача электромагнитной энергии из передающей в приемную антенну без помощи проводов, а вместе с тем и радиосвязь, т. е. передача тех или иных сигналов.

Электромагнитный спектр — вся область электромагнитных волн, имеющих одну и ту же природу, но различающихся по длине волны и в соответствии с этим обладающих различными свойствами.

Свойства электромагнитных волн, т. е. быстропеременного электромагнитного поля, оказываются очень различными при различных частотах изменения поля, т. е. при различных длинах волн.

Медленно меняющиеся электромагнитные поля с частотами менее 15 кгц (что соответствует звуковой частоте) не применяются для излучения, т. к. при этих частотах обычные контуры практически не излучают электромагнитных волн.

Электромагнитные поля с частотами от 15 кгц примерно до 50 000 мггц соответствуют электромагнитным волнам длиной от 20 000 м до 6 мм, применяемым для целей радиосвязи. Поэтому эта вся область носит название радиоволн.

Далее, в сторону более коротких волн следуют т. н. микроволны, которые были впервые получены русскими физиками П. Н. Лебедевым, М. А. Левитской и А. А. Глаголевой-Аркадьевой, а затем тепловые и световые лучи, которые также представляют собой электромагнитные волны, но гораздо более короткие, чем те, которыми пользуются для целей радиосвязи.

Так, например, лучи видимого света соответствуют волнам длиной в несколько десятитысячных долей миллиметра, т. е. частотами примерно в 1015 гц. Еще дальше за световыми лучами следуют ультрафиолетовые лучи, затем еще более короткие рентгеновские лучи и, наконец, наиболее короткие — гамма-лучи, излучаемые радиоактивными веществами.

Ранее ЭлектроВести писали, что пятнадцатую неделю 2020 года (6-12 апреля) фотоэлектрическая солнечная энергетика впервые в истории отрасли выработала 23% электроэнергии Германии.

По материалам: electrik.info.

Электрические и магнитные поля непромышленной частоты на открытом распределительном устройстве Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

УДК 658.382

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ НЕПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ НА ОТКРЫТОМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ

И.С. Окраинская, А.И. Сидоров, В.Н. Непопалов г. Челябинск, ЮУрГУ

ELECTRIC AND MAGNETIC NONINDUSTRIAL FREQUENCY FIELDS OF AN OUTDOOR SWITCHGEAR

I.S. Okrainskaya, A.I. Sidorov, V.N. Nepopalov Chelyabinsk, South Ural State University

Приведены результаты измерения напряженности электрического поля и магнитной индукции в диапазоне частот от 5 до 2000 Гц на открытых распределительных устройствах напряжением 500, 220, 110 кВ выполненных для оценки возможности вредного воздействия на обслуживающий персонал.

Ключевые слова: электрическое поле, магнитное поле, открытое распределительное устройство 500, 220 и 110 кВ, обслуживающий персонал.

The results of electric field intensity and magnetic induction measuring in the range of 5-2000 Hz on outdoor switchgears 500,220,110 kV are presented in this article. The measurements were accomplished for estimation of adverse effect to maintenance personnel possibility.

Keywords: electric field, magnetic field, outdoor switchgear 500, 220 and 110 kV, maintenance personnel.

Электроустановки напряжением 500, 220 и 110 кВ являются источником низкочастотного электромагнитного поля, оказывающего неблагоприятное воздействие на обслуживающий их персонал. Электромагнитное поле на открытом распределительном устройстве (ОРУ) создается большим количеством источников, работающих на частоте 50 Гц, разнесенных в пространстве, с токами и напряжениями, сдвинутыми по фазе в разных источниках. Сформированное ими результирующее электромагнитное поле имеет сложный спектральный состав. Для оценки условий труда и организации защиты работников важна оценка вклада электромагнитных полей непромышленной (отличной от 50 Гц) частоты в электромагнитную обстановку на открытом распределительном устройстве.

Исследования спектрального состава электромагнитного поля на открытых распределительных устройствах напряжением 500, 220 и 110 кВ были проведены на подстанции «Шагол» Южно-Уральского предприятия магистральных электрических сетей.

Измерения проводились при помощи измерителя и анализатора электрического и магнитного полей ЕРА-300 NARDA (рис. 1).

Основные характеристики прибора приведены в таблице. Помимо измерения напряженности электрического и магнитного полей в диапазонах, указанных в таблице, прибор позволяет проводить спектральный анализ быстрым преобразованием Фурье и имеет встроенную индивидуальную память модулей измерения магнитного и электрического полей.

Рис. 1. Измеритель и анализатор электрического и магнитного полей EFA-300 NARDA

Основные характеристики измерителя и анализатора электрического и магнитного полей ЕРА-300 ЫАРМЭА

Диапазон частот, Гц Диапазон измерения, кВ/м Тип антенны Максимальная погрешность, %

5 . .. 2000 0,001 …100 ±3

5 … 32000 0,001 … 100 Ненаправленная ±3

5 … 400 0,001 … 100 ±3

Результаты измерения действующего значения напряженности электрического поля в диапазоне частот от 5 до 2000 Гц непосредственно на территории ОРУ 500 кВ (ячейка Троицкой ГРЭС ф. В) приведены на рис. 2.

Согласно данным, представленным на рис. 2, наибольший уровень электрического поля соответствует частоте 50 Гц и достигает 14141 В/м (рис. 2а), что существенно превышает предельно допустимый уровень 5000 В/м [1]. Некоторое увеличение уровня электрического поля отмечается в диапазоне от 100 Гц до 1000 Гц (рис. 2, б; 2, в) на частотах 150 Гц (54,44 В/м), 250 Гц (20,73 В/м), 350 Гц (18,19 В/м) 550 Гц (18,19 В/м) и 650 Гц (9,89 В/м) и объясняется, по-видимому, наличием

гармонических составляющих фазных токов. Уровень напряженности электрического поля, соответствующий частотам, отличным от 50 Гц, существенно меньше уровня поля на частоте 50 Гц. Так, например, уровень поля на частоте 150 Гц составляет только 0,39 % от уровня поля на частоте 50 Гц, на частоте 250 Гц — всего 0,15 % и т. д. Сказанное выше позволяет сделать вывод, что электрические поля непромышленной частоты не будут вносить существенный вклад в формирование электромагнитной обстановки на открытом распределительном устройстве.

Исследования уровней электромагнитного поля в диапазоне частот от 5 до 2000 Гц для воздушных линий электропередачи напряжением 110,

Рис. 2. Напряженность электрического поля на ОРУ 500 кВ (ячейка Троицкой ГРЭС ф. В): а) напряженность электрического поля в диапазоне частот от 5 Гц до 100 Гц; б) напряженность электрического поля в диапазоне частот от 100 Гц до 500 Гц; в) напряженность электрического поля в диапазоне частот от 500 Гц до 1000 Гц; г) напряженность электрического поля в диапазоне частот от 1 кГц до 2 кГц

Электроэнергетика

в)

П 1ц

Рис. 2. Окончание

220 и 500 кВ [2] показали, что существуют различия в спектральном составе электромагнитного поля линий разного класса напряжения. Сопоставление напряженности электрического поля на частотах кратных 50 Гц для открытых распределительных устройств различного класса напряжения приведено на рис. 3, а-в.

Согласно данным рис. 3 на открытом распределительном устройстве напряжением 500 кВ наблюдается увеличение уровня электрического поля на частоте, соответствующей 3-й гармонической составляющей фазных токов (рис. 3, а), в то время как на ОРУ 220 кВ (рис. 3, б) в спектре напряженности электрического поля выделяются 3-я, 5-я и 7-я гармонические составляющие, а на ОРУ 110 кВ — 5-я, 7-я и 11-я гармоники (рис. 3, в). Это явление требует дополнительного изучения, направленного, прежде всего, на анализ степени загрузки трансформаторов, установленных на ОРУ, и характера нагрузки линий, отходящих от него.

Сопоставление уровней индукции магнитного поля на частотах кратных 50 Гц для открытых распределительных устройств различного класса напряжения приведено на рис. 4, а-в.

Согласно представленным на рис. 4 данным, уровень индукции магнитного поля на открытых распределительных устройствах 220 и 110 кВ может превышать уровень магнитной индукции на ОРУ 500 кВ. Уровень индукции магнитного поля на частоте 50 Гц как и в случае электрического поля существенно (на несколько порядков) превышает уровень индукции магнитного поля на частотах отличных от 50 Гц. Тем не менее даже на частоте 50 Гц предельно допустимый уровень магнитного поля (100 000 нТл для 8-часового воздействия) не превышен ни на одном открытом распределительном устройстве.

Чуть более высокий уровень по сравнению с соседними частотами наблюдается на открытом распределительном устройстве напряжением 500 кВ на частотах 150 Гц (28,75 нТл), 250 Гц (28,79 нТл) и 550 Гц (20,48 нТл), на ОРУ 220 кВ -на частотах 150 Гц (168,69 нТл), 250 Гц (106,78 нТл) и 650 Гц (63,68 нТл), а на ОРУ 110 кВ — как и на ОРУ 500 кВ — на частотах 150 Гц (36,71 нТл), 250 Гц (79,04 нТл) и 550 Гц (25,68 нТл). N СО О) о

б)

В, Тл

9.00Е-08

8.00Е-08

7.00Е-08

6.00 Е-08

5.00 Е-08

4.00 Е-08

3.00 Е-08

2.00 Е-08

1.00 Е-08 0.00Е+00

£ Гц

Рис. 4. Сопоставление уровней индукции магнитного поля на частотах кратных 50 Гц для открытых распределительных устройств различного класса напряжения: а) ОРУ 500 кВ (ячейка Троицкой ГРЭС ф. В), б) ОРУ 220 кВ (ячейка ВЛ Цинковая между линейным разъединителем и ВЧЗ ф. А), в) ОРУ 110 кВ (ячейка ВЛ ЧГРЭС между ЛР и ВЧЗ ф. А)

Выводы

1. В диапазоне частот от 5 до 2000 Гц на открытом распределительном устройстве наибольший уровень электрического и магнитного поля приходится на частоту 50 Гц. При этом на ОРУ 500 и 220 кВ зафиксированный уровень электрического поля превышает предельно допустимый уровень в 5 кВ/м. Превышения предельно допустимого уровня индукции магнитного поля, равного 100 мкТл, не было отмечено ни на одном отрытом распределительном устройстве, к какому бы классу напряжения они не относились.

2. Уровень электромагнитного поля частотой 50 Гц существенно (на несколько порядков) превышает уровень поля на прочих частотах диапазона от 5 Гц до 2000 Гц, следовательно, при оценке условий труда и проектировании средств защиты

нет необходимости учитывать наличие на открытом распределительном устройстве составляющих поля, имеющих частоту, отличную от 50 Гц.

Литература

1. СаиПиН 2.2.4.1191-03. Физические факторы производственной среды. Электромагнитные поля в производственных условиях. — М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2003. — 17 с.

2. Сидоров, А. И. Электрические и магнитные поля воздушных лини электропередачи, обусловленные гармоническими составляющими фазных токов / А. И. Сидоров, И.С. Окраинская // Збірник матеріалів Міжнародної наукової конференції «Охорона праці та соціальний захист працівників, 19—21 листопада 2008 року, м. Київ. -Киев: НТУУ«КПІ», 2008. — С. 420-425.

Поступила в редакцию 19.03.2011 г.

Сидоров Александр Иванович. Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск. Область научных интересов — охрана труда в электроэнергетике. Контактный телефон: 8 (351) 267-94-49.

Sidorov Alexander. Doctor of Science (Engineering), Professor, Head of the Life Safety Department, South Ural State University, Chelyabinsk. Research interests: labour safety in electrical power engineering. Tel: 8 (351) 267-94-49.

Окраинская Ирина Сергеевна. Кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск. Область научных интересов — охрана труда в электроэнергетике. Контактный телефон: 8 (351) 267-96-26.

Okrainskaya Irina. Candidate of Science (Engineering), Associate Professor, an associate professor at the Life Safety Department, South Ural State University, Chelyabinsk. Research interests: labour safety in electrical power engineering. Tel: 8 (351) 267-96-26.

Непопалов Валерий Николаевич. Кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Системы электроснабжения», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск. Контактный телефон: 8 (351) 267-59-07.

Nepopalov Valery. Candidate of Science (Engineering), Associate Professor, an associate professor at the Power Supply Systems Department, South Ural State University, Chelyabinsk. Tel: 8 (351) 267-59-07.

меняющиеся магнитные и электрические поля

 

Мы знаем из опыта, что магниты притягивают железо и другие магниты. Вокруг них существует магнитное поле. При попадании в это поле замкнутого проводящего контура, в нем возможно возникновение электрического тока, то есть, возникновение электрического поля.

Это явление известно и называется электромагнитной индукцией. Однако возникает ряд вопросов. Отличается ли возникшее электрическое поле от поля неподвижных зарядов? Какую роль играет проводник, то есть возникает ли электрическое поле только в поднесенном к магниту проводнике? Или же это поле существует независимо от посторонних объектов, наряду с магнитным?

Ответы на эти вопросы дал английский ученый Джеймс Максвелл, создав теорию электромагнитного поля. В девятом классе этот вопрос изучается только в общих чертах, но на достаточно глубоком уровне, чтобы ответить на вышезаданные вопросы.

Итак, что говорит по поводу электромагнитного поля физика?

Доказано теоретически и практически, что меняющееся со временем магнитное поле порождает переменное электрическое поле, а меняющееся со временем электрическое поле служит источником возникновения магнитного поля. Вот эти меняющиеся поля вместе образуют общее единое электромагнитное поле.

Источник электромагнитного поля это ускоренно движущиеся электрические заряды. Электроны, вращаясь вокруг ядер атомов, движутся с ускорением, соответственно, они порождают вокруг себя это самое электромагнитное поле.

Когда электроны двигаются в проводнике, образуя электрический ток, то они все время движутся с ускорением, так как при этом колеблются, то есть все время меняют направление своего движения. Слабой связью электронов с ядрами и их способностью свободно перемещаться внутри вещества, и обусловлено существование электромагнитного поля в проводниках.

В непроводниках электроны намного сильнее связаны с ядрами атомов, поэтому они не могут свободно перемещаться внутри вещества, а электромагнитные поля, создаваемые ими, компенсируются положительно заряженными ядрами атомов, поэтому вещества остаются нейтральными и не проводят ток.

Однако электромагнитные поля каждого отдельного электрона и протона существуют все равно и ничем не отличаются от таких же полей в проводниках. Поэтому непроводники способны намагничиваться, как например, волосы от расчески, а потом биться током. Это происходит, когда в результате трения некоторая часть электронов все же покидает атомы и образуются ничем не компенсированные заряды.

Теперь мы можем уверенно ответить на заданные выше вопросы. Электрическое поле покоящихся или движущихся зарядов, а также поле, полученное в результате электромагнитной индукции, ничем не отличаются друг от друга.

Вокруг магнита существует общее электромагнитное поле, электрическая составляющая которого существует независимо от того, есть ли рядом проводник или нет. Проводник, попадая в такое поле, фактически является лишь индикатором электрического поля, а показания проводника как индикатора это возникающий в нем электрический ток.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Получение переменного электрического тока: что это и как получить
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspЭлектромагнитные волны: что колеблется + свойства волн

(PDF) Теория движения электромагнитного поля. 7. Электромагнитное поле и заряды

ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ.

________________________ 7. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ И ЗАРЯДЫ _________________________

РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ № 2, 2013 27

Анализ выражений (7. 3) и (7.7) проведем, ввиду их сходства, на

основе выражения (7.3). Поскольку функции (7.3) и (7.7) входят в

выражения (7.1) и (7.5) для плотности электрических и магнитных

зарядов, то, анализируя (7.3) и (7.7), мы фактически будем иметь в

виду плотности зарядов соответствующих полей.

Отметим, что роль первых и вторых членов в правой части (7.3)

и (7.7) существенно различна. Чтобы показать это, вернемся к

уравнению (7.3). Ограничимся рассмотрением двух важных частных

случаев: когда собственная система отсчета магнитного поля, в

которой поле неподвижно, является инерциальной и когда является

неинерциальной вращающейся. Второй случай можно выразить

другими словами: когда в лабораторной системе отсчета магнитное

поле вращается.

7.3.Случайинерциальнойсобственнойсистемыотсчета

Первый случай означает, что собственная система отсчета,

связанная с источником магнитного поля, движется относительно

лабораторной системы отсчета прямолинейно без ускорения. Поле

скоростей магнитного поля Vm в таком случае однородно и,

следовательно, rot Vm равен нулю, как равен нулю и весь второй член

в правой части (7.3). В случае однородного собственного магнитного

поля будет равен нулю и первый член в (7.3), поскольку ротор

однородного поля равен нулю. Но в случае неоднородного поля в тех

точках, где rot B отличен от нуля, появляются электрические заряды.

Эти заряды не связаны с каким-либо материальным носителем,

кроме движущегося магнитного поля, тем не менее, это связанные

заряды. Они связаны через магнитное поле с его источником, а их

величина зависит, как видно из (7.3), от скорости источника Vm. В

качестве примера рассмотрим почти замкнутый магнит с узким

плоским зазором, движущийся в направлении, перпендикулярном

направлению магнитного поля в зазоре. При движении в зазоре

возникнет электрическое поле, ортогональное как направлению

движения, так и магнитному полю. Силовые линии электрического

поля начинаются при этом на одном крае зазора, а заканчиваются на

другом на зарядах, определяемым выражением (7.3). Заряды эти не

являются дискретными и не квантуются ни в пространстве, ни по

величине, а непрерывно распределены, их плотность зависит от

конфигурации и скорости магнитного поля источника. В местах

Электромагнетизм

— Кто-нибудь может объяснить, пожалуйста, магнитные и электрические поля?

Итак, вы получаете движущиеся электроны, и внезапно у вас появляется «магнитное» поле.

Но в то же время, если вы возьмете магнитный диполь (магнит, как мы его знаем) и переместите его вокруг, вы внезапно получите электрическое поле.

Это был большой шаг вперед в истории физики, когда эти два наблюдения были объединены в одну электромагнитную теорию в уравнениях Максвелла..

Изменяющиеся электрические поля создают магнитные поля, а изменяющиеся магнитные поля создают электрические поля.

Единственное различие между этими двумя существует в элементарном кванте поля. Электрическое поле является полюсом, магнитное поле является дипольным по своей природе, магнитные монополи, хотя и приемлемые по теориям, не обнаружены.

Электрические диполи существуют симметрично магнитным диполям:
$ \ hspace {50px} $$ \ hspace {50px} $. $$
\ begin {array} {c} \ textit {силовые линии электрического диполя} \\ \ hspace {250px} \ end {array}
\ hspace {50px}
\ begin {array} {c} \ textit {силовые линии магнитного диполя} \\ \ hspace {250px} \ end {array}

$

  1. , но не создается НАСТОЯЩАЯ собственная магнитная сила, не так ли?

Есть симметрия электрических и магнитных сил

(следующий номер 2 в вопросе)

  1. Не является ли магнетизм просто термином, который мы используем для обозначения результатов, которые мы наблюдаем, когда вы берете регулярное электрическое поле и перемещаете его относительно некоторого объекта?

Исторически магнетизм наблюдался в древние времена в минералах, поступающих из Магнезии, региона в Малой Азии. Отсюда и название. Ничего общего с очевидными движущимися электрическими полями.

После уравнения Максвелла и открытия атомной природы вещества были обнаружены небольшие магнитные диполи в магнитных материалах, из которых состоят постоянные магниты.

  1. Электроны обычно находятся в состояниях, в которых их суммарный заряд компенсируется эквивалентным числом протонов, поэтому на близлежащих телах нет наблюдаемого чистого заряда. Если электронный ток движется по проводу, создаст ли это колеблющуюся степень локального чистого заряда? Если это так, то действительно ли магнетизм происходит, когда движение электронов создает чистый заряд, который влияет на другие объекты? Если это верно, всегда ли магнетизм связан с чистым зарядом, создаваемым движением электронов?

№См. Ответ на вопрос 2. Изменение магнитных полей создает электрические поля и наоборот. Никаких чистых сборов.

  1. Если мое утверждение в пункте 2 верно, то в чем именно заключаются наблюдаемые различия между электрическим полем и магнитным полем? Если предположить, что пункт 3 верен, тогда создаваемая результирующая положительная или отрицательная сила будет притягивать или отталкивать магниты, потому что они имеют локализованные сетевые заряды на своих полюсах, верно? В то время как стандартное электрическое поле не подразумевает чистой силы, и поэтому оно не будет привлекательным или отталкивающим? Магнитное поле также может быть притягательным или отталкивающим для некоторых металлов из-за особой свободы движения, которую имеют их электроны?

№Магнитное поле взаимодействует в первом порядке с магнитным дипольным полем атомов. У некоторых есть сильные, у некоторых нет. Движущееся магнитное поле будет взаимодействовать с электрическим полем, которое оно генерирует с электронами в токе.

  1. Если бы я мог взять любой объект с чистым зарядом (например, магнит), даже если он неподвижен и неподвижен, разве это не пример магнитного поля?

У магнита обычно нулевой электрический заряд, если только он не заряжен батареей или чем-то еще. У него есть магнитный диполь, который будет напрямую взаимодействовать с магнитными полями. См. Ссылку выше.

  1. Я вообще не понимаю, почему движущиеся электроны создают магнетизм (если я не был прав в своей гипотезе чистого заряда), и я не понимаю точной разницы между электростатическим и магнитным полями.

Это наблюдательный факт, экспериментальный факт, , на котором основана классическая теория электромагнетизма и квантовая теория.Факты должны приниматься, а математика теорий, соответствующих фактам, позволяет делать предсказания и манипуляции, которые в случае электромагнетизма очень точны и успешны, включая эту веб-страницу, с которой мы общаемся.

электромагнетизм — Магнитное поле / сила — это просто релятивистское электрическое поле / сила или есть фундаментальная разница?

Я прочитал эти вопросы:

Разница между электрическим и магнитным полем (в отношении ЭЭГ и МЭГ)

Может кто-нибудь объяснить, пожалуйста, магнитные и электрические поля?

Объясните происхождение магнитных полей простыми словами

Механизм взаимосвязи электрического и магнитного полей

, где написано:

Самое простое объяснение, которое я знаю, требует только одного тестового заряда и двух систем отсчета с относительной скоростью между ними.Кадр 1: Заряд в состоянии покоя. Это источник (чисто) электрического поля.
Кадр 2: Заряд движется. Это ток и источник магнитного поля.

Понимание взаимосвязи между электричеством и магнетизмом

В чем разница между электрическими и магнитными силами?

, где написано:

Электрические силы создаются движущимися и неподвижными зарядами и действуют на них; в то время как магнитные силы создаются только движущимися зарядами и действуют на них.

Может ли магнитная сила быть просто электрической силой в другой системе отсчета?

Магнитное поле как эффект относительности?

E поле:

  1. Заряд неподвижен для наблюдателя

  2. монополь

  3. прямых радиально сходящихся линий

  4. легко блокировать

  5. опосредовано виртуальными фотонами

М поле:

  1. заряд движется к наблюдателю

  2. диполь

  3. не может быть заблокирован

  4. опосредовано виртуальными фотонами

Мы знаем, что электроны имеют заряд E и дипольный момент M. Но у магнита обычно нет заряда E.

Электрические силы могут действовать на различные материалы, например, статически заряженные пластмассы.

Магнитные силы обычно действуют только на металлы, но не на пластмассы.

Ни один из этих вопросов не говорит о том, существует ли одна фундаментальная сила, электромагнитная сила, и она имеет разные способы воздействия на разные материалы и в зависимости от того, движется ли заряд относительно наблюдателя, или существует электрическая сила и магнитная сила. силы, и оба они опосредуются виртуальными фотонами, но они действуют на разные материалы и по-разному, в зависимости от того, движутся ли они относительно наблюдателя.

Еще говорят, что с помощью магнитного поля заряд движется относительно наблюдателя. Но если вы посмотрите на магнит, у него есть магнитное поле и магнитная сила, и он не движется относительно наблюдателя.

Есть ли фундаментальная разница или поле / сила M просто поле / сила E в теории относительности (движущиеся)?

Вопрос:

  1. В чем принципиальная разница между полями E и M? Просто один неподвижен, а другой движется относительно наблюдателя?

  2. Существует ли только одна сила, электромагнитная сила, или есть сила E и сила M, поскольку они могут действовать по-разному на разные материалы? Является ли сила M просто силой E в теории относительности?

Как магнитное поле просто электрическое поле с применением теории относительности?

Категория: Физика Опубликовано: 18 февраля 2016 г.

Изображение из общественного достояния, источник: Кристофер С.Бэрд

Это заблуждение. Магнитное поле — это не просто электрическое поле с примененной теорией относительности, то есть электрическое поле, рассматриваемое из неправильной системы отсчета. На самом деле магнитное поле — это фундаментальное поле, которое может существовать в определенной системе отсчета, не нуждаясь в помощи электрического поля. В более общем смысле, как электрические, так и магнитные поля являются частью одной фундаментальной единой сущности: электромагнитного поля.

Электрические и магнитные поля подчиняются ряду физических законов, называемых уравнениями Максвелла.Специальная теория относительности Эйнштейна описывает, как пространство и время изменяются в зависимости от выбора инерциальной системы отсчета. Оказывается, специальная теория относительности автоматически содержится в уравнениях Максвелла. Фактически, Эйнштейн открыл специальную теорию относительности, внимательно изучив и поняв уравнения Максвелла. Следовательно, используя уравнения Максвелла в релятивистской форме, мы можем выяснить, как математически преобразовать электрические и магнитные поля из одной системы отсчета в другую.Другими словами, если я измеряю и отображаю электрические и магнитные поля в комнате, когда я неподвижно стою на земле, то, применяя преобразования релятивистской системы координат к этим выражениям поля, я знаю, как поля будут выглядеть для наблюдателя, который мчится по комнате на роликовых коньках. Экспериментально установлено, что эти электромагнитные уравнения преобразования релятивистской системы координат верны.

Если вы начнете в системе отсчета, в которой есть только электрическое поле и нет магнитного поля, то, когда вы сделаете релятивистское преобразование в новую систему отсчета, вы обнаружите, что присутствует и электрическое поле, и магнитное поле, как показано в этот новый кадр.Этот факт, по-видимому, означает, что магнитное поле — это всего лишь электрическое поле, если смотреть из неправильной системы отсчета. Другими словами, этот факт, кажется, подразумевает, что магнитное поле на самом деле является не фундаментальной релятивистской версией электрического поля. Однако более пристальное изучение полей показывает, что этот вывод неверен.

Прежде всего, специальная теория относительности учит нас, что все инерциальные системы отсчета одинаково достоверны и одинаково фундаментальны. Если два шарика катятся друг мимо друга, то с точки зрения красного шарика красный шарик неподвижен, а синий шарик движется.С точки зрения синего шарика синий шарик неподвижен, а красный шарик движется. Обе точки зрения одинаково верны и одинаково фундаментальны. Тот факт, что два шарика видят ситуацию по-разному, не означает, что существует парадокс, что физика нарушена, или что одна точка зрения в конечном итоге более верна, чем другая. Это просто означает, что ситуация измеряется в двух разных системах отсчета. Во Вселенной нет «неправильных» систем отсчета или менее фундаментальных систем отсчета.Следовательно, магнитное поле не может быть только электрическим полем, если смотреть из неправильной системы отсчета, потому что нет неправильных систем отсчета. Поскольку существует инерциальная система отсчета, в которой магнитное поле существует без электрического поля, и поскольку каждая инерциальная система отсчета является реальной и фундаментальной, это означает, что магнитное поле реально, является фундаментальным и не обязательно вызвано электрическим поле.

Во-вторых, используя уравнения преобразования электромагнитной релятивистской системы координат, вы можете показать, что невозможно начать с чисто электрического поля (магнитное поле отсутствует) и преобразовать в систему отсчета, в которой есть чисто магнитное поле (электрическое поле отсутствует. ).Это означает, что если бы магнитное поле было только электрическим полем, если смотреть из неправильной системы отсчета, то чисто магнитные поля не существовали бы. Однако чисто магнитные поля существуют. Следовательно, магнитные поля — это больше, чем просто релятивистские электрические поля.

Правильное утверждение состоит в том, что электрические поля и магнитные поля являются фундаментальными, оба реальны, и оба являются частью одной единой сущности: электромагнитного поля. В зависимости от того, в какой системе отсчета вы находитесь, конкретное электромагнитное поле будет выглядеть более электрическим и менее магнитным или более магнитным и менее электрическим. Однако это не меняет того факта, что они являются фундаментальными и являются частью одного и того же единого целого. Чисто электрическое поле, рассматриваемое в одной инерциальной системе отсчета, является частично электрическим, а частично магнитным во всех других системах отсчета. Точно так же чисто магнитное поле, если смотреть в одной инерциальной системе отсчета, частично является электрическим, а частично магнитным — во всех других системах отсчета. Магнитное поле — это не просто релятивистская версия электрического поля, а электрическое поле — это не просто релятивистская версия магнитного поля.Скорее, единое электромагнитное поле является врожденным и самосогласованным релятивистским.

Обратите внимание, что в целях обсуждения я проигнорировал квантовые эффекты. Наиболее точным описанием электромагнитных полей в настоящее время являются не исходные уравнения Максвелла, а квантовая форма уравнений Максвелла, которая называется квантовой электродинамикой. Однако, поскольку квантовая электродинамика просто расширяет уравнения Максвелла, а не заменяет их, все концепции, изложенные в этой статье, остаются в силе.

Также обратите внимание, что в этой статье я много использовал слово «инерционный». Это означает, что мы рассматриваем только системы отсчета, которые имеют плоское пространство-время, то есть системы отсчета, которые не ускоряются и не имеют большого количества гравитации. Чтобы описать неинерциальные системы отсчета, вы должны использовать общую теорию относительности Эйнштейна, которая сложнее специальной теории относительности. Однако, поскольку вывод тот же (электромагнитное поле едино и фундаментально), для простоты я описал эту статью в контексте инерциальных систем отсчета.

Темы:
электрическое поле, электромагнетизм, магнитное поле, магнитное поле, магнетизм, относительность

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓

  • Образование
  • Исследовать
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT
  • Подробнее ↓

    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT

Меню ↓

Поиск

Меню

Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще!

Что вы ищете?

Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

Physics4Kids.

com: Электричество и магнетизм: электрические поля

Ученые поняли, почему силы действуют именно так, как когда-либо соприкасаются предметы. Их смущала идея, что силы действуют на расстоянии, не касаясь друг друга. Подумайте о таких примерах, как гравитационная сила, электрическая сила и магнитная сила. Чтобы помочь им объяснить, что происходит, они использовали идею «поле ». Они представили себе, что вокруг объекта есть область, и все, что входит в нее, ощущает силу.Мы говорим, например, что Луна имеет вокруг себя гравитационное поле , и если вы приблизитесь к Луне, оно притянет вас к своей поверхности.

Электрическое поле описывает необычную область возле любого электрически заряженного объекта. Ученые не используют слово «фанки», но оно работает. Его также можно было бы назвать электростатическим полем . Любой другой заряд, попавший в эту область, будет ощущать силу, и исходный объект также почувствует эту силу (Третий закон Ньютона). Это похоже на паука, сидящего в центре паутины.

Нормальное поле — это вектор, представленный стрелками. Гравитационное поле Земли (или любой планеты) можно было бы нарисовать в виде стрелок, указывающих на землю. Вектор поля показывает направление воздействия на объект, входящий в поле. Гравитация действует вниз.

Для электрического поля все немного сложнее, так как есть два вида зарядов, и некоторые комбинации притягивают , а другие отталкивают . Чтобы быть в согласии друг с другом, физики решили, что они всегда будут использовать положительные заряды для определения направления действия поля.Итак, если центральный заряд был положительным, и вы поместили рядом с ним еще один положительный заряд, этот второй заряд будет отталкиваться наружу. Таким образом, векторы поля центрального положительного заряда направлены наружу. Если центральный заряд отрицательный, положительный заряд, расположенный поблизости, будет притягиваться к центральному заряду, поэтому векторы поля для центрального отрицательного заряда направлены внутрь.

Поскольку поля напрямую связаны с силами, которые они проявляют, их сила уменьшается с расстоянием и увеличивается с размером заряда, создающего поле.Когда вы помещаете заряды рядом друг с другом, их поля взаимодействуют и меняют форму. Это приводит к изменению PE объектов и генерирует силы отталкивания или притяжения.

Электрические поля также могут создаваться магнитными полями. Магнетизм и электричество всегда связаны. В следующем разделе мы поговорим о магнитных полях.






Или выполните поиск на сайтах по определенной теме.


Электрические и магнитные поля

Электрические и магнитные поля (ЭМП) — это невидимые области энергии, часто называемые излучением, которые связаны с использованием электроэнергии и различных форм естественного и искусственного освещения.ЭМП обычно делятся на две категории по частоте:

  • Неионизирующий : низкоуровневое излучение, которое обычно считается безвредным для человека
  • Ионизирующая : излучение высокого уровня, потенциально способное вызвать повреждение клеток и ДНК

← Вернуться на страницу

Тип излучения Определение Формы излучения Примеры источников
Неионизирующий Низко- и среднечастотное излучение, которое обычно считается безвредным из-за недостаточной активности.
  • Чрезвычайно низкая частота (ELF)
  • Радиочастота (RF)
  • Микроволны
  • Визуальный свет
  • Микроволновые печи
  • Компьютеры
  • Умные счетчики электроэнергии для дома
  • Беспроводные сети (wifi)
  • Сотовые телефоны
  • Устройства Bluetooth
  • Линии электропередачи
  • МРТ
Ионизирующий Средне- и высокочастотное излучение, которое при определенных обстоятельствах может привести к повреждению клеток или ДНК при длительном воздействии.
  • Ультрафиолет (УФ)
  • Рентгеновские лучи
  • Гамма
  • Солнечный свет
  • Рентгеновские лучи
  • Некоторые гамма-лучи
Могут ли ЭМП быть вредными для моего здоровья?

В течение 1990-х годов большинство исследований ЭМП было сосредоточено на чрезвычайно низкочастотном воздействии, исходящем от обычных источников энергии, таких как линии электропередач, электрические подстанции или бытовые приборы. Хотя некоторые из этих исследований показали возможную связь между напряженностью поля ЭМП и повышенным риском лейкемии у детей, их результаты показали, что такая связь была слабой.Немногочисленные исследования, проведенные на взрослых, не показывают доказательств связи между воздействием ЭМП и раком взрослых, таким как лейкемия, рак мозга и рак груди.

Сейчас, в эпоху сотовых телефонов, беспроводных маршрутизаторов и Интернета вещей, которые все используют ЭМП, сохраняются опасения по поводу возможных связей между ЭМП и неблагоприятными последствиями для здоровья. Эти воздействия активно изучаются. NIEHS рекомендует продолжить обучение практическим способам снижения воздействия ЭМП.

Излучает ли мой сотовый телефон электромагнитное излучение?

Сотовые телефоны излучают форму радиочастотного излучения в нижней части спектра неионизирующего излучения. В настоящее время научные данные не позволяют однозначно связать использование сотового телефона с какими-либо неблагоприятными проблемами для здоровья человека, хотя ученые признают, что необходимы дополнительные исследования.

Национальная токсикологическая программа (NTP) со штаб-квартирой в NIEHS только что завершила крупнейшее на сегодняшний день исследование на животных по радиочастотному воздействию сотовых телефонов.Чтобы получить сводку результатов, посетите наш пресс-релиз и веб-страницу NTP.

Что делать, если я живу рядом с линией электропередачи?
EMF: Электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергии Буклет

Важно помнить, что сила магнитного поля резко уменьшается с увеличением расстояния от источника. Это означает, что сила поля, достигающего дома или строения, будет значительно слабее, чем в исходной точке.

Например, по данным Всемирной организации здравоохранения в 2010 году, магнитное поле величиной 57,5 ​​миллигаусс непосредственно рядом с линией электропередачи на 230 киловольт составляет всего 7,1 миллигаусс на расстоянии 100 футов и 1,8 миллигаусс на расстоянии 200 футов.

Для получения дополнительной информации см. Учебный буклет NIEHS «ЭМП: электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергии». Этот буклет, подготовленный в 2002 году, содержит самые последние исследования NIEHS в области здравоохранения и электрических и магнитных полей в линиях электропередач.

Как я могу узнать, не подвержен ли я воздействию электромагнитных полей?

Если вас беспокоят ЭМП, излучаемые линией электропередачи или подстанцией в вашем районе, вы можете связаться с местной энергетической компанией, чтобы запланировать чтение на месте. Вы также можете измерить ЭМП самостоятельно с помощью гауссметра, который можно приобрести в Интернете через ряд розничных продавцов.

Модуляция электрического поля магнитного обмена в молекулярных спиралях

  • 1.

    Spaldin, N. A. & Fiebig, M.Возрождение магнитоэлектрических мультиферроиков. Наука 309 , 391–392 (2005).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 2.

    Хомский Д. Классификация мультиферроиков: механизмы и эффекты. Физика 2 , 20 (2009).

    Артикул

    Google Scholar

  • 3.

    Мацукура Ф., Токура Ю. и Оно Х. Управление магнетизмом электрическими полями. Нат. Nanotechnol. 10 , 209–220 (2015).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 4.

    Фибиг М., Лоттермозер Т., Мейер Д. и Трассин М. Эволюция мультиферроиков. Нат. Rev. Mater. 1 , 16046 (2016).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 5.

    Нильсен, М. А. и Чуанг, И. Л. Квантовые вычисления и квантовая информация (Cambridge Univ.Press, Cambridge, 2000).

  • 6.

    Токура Ю., Кавасаки М. и Нагаоса Н. Эмерджентные функции квантовых материалов. Нат. Phys. 13 , 1056–1068 (2017).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 7.

    Veldhorst, M. et al. Двухкубитовый логический вентиль в кремнии. Nature 526 , 410–414 (2015).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 8.

    Ferrando-Soria, J. et al. Модульная конструкция молекулярных кубитов для реализации универсальных квантовых вентилей. Нат. Commun. 7 , 11377 (2016).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 9.

    Триф М., Трояни Ф., Степаненко Д. и Лосс Д. Спин-электрическая связь в молекулярных магнитах. Phys. Rev. Lett. 101 , 217201 (2008).

    Артикул

    Google Scholar

  • 10.

    Baadji, N. et al. Эффект электростатического кроссовера в полярных магнитных молекулах. Нат. Матер. 8 , 813–817 (2009).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 11.

    Ислам, М. Ф., Носса, Дж. Ф., Канали, К. М. и Педерсон, М. Изучение из первых принципов спин-электрического взаимодействия в одиночном молекулярном магните Cu 3 . Phys. Ред. B 82 , 155446 (2010).

    Артикул

    Google Scholar

  • 12.

    Будалис, А.К., Роберт, Дж. И Турек, П. Первая демонстрация магнитоэлектрической связи в полиядерном молекулярном наномагните: монокристаллические исследования ЭПР [Fe 3 O (O 2 CPh) 6 (py) 3 ] ClO 4 py в статических электрических полях. Chem. Евро. J. 24 , 14896–14900 (2018).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 13.

    Liu, J. et al. Управление спинами в молекулярных магнитах электрическим полем. Phys. Rev. Lett. 122 , 037202 (2019).

    Артикул

    Google Scholar

  • 14.

    He, X. et al. Надежный изотермический электрический контроль обменного смещения при комнатной температуре. Нат. Матер. 9 , 579–585 (2010).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 15.

    Bauer, U. et al. Магнито-ионный контроль межфазного магнетизма. Нат. Матер. 14 , 174–181 (2014).

    Артикул

    Google Scholar

  • 16.

    Канески А., Гаттески Д., Рей П. и Сессоли Р. Структура и магнитное упорядочение ферримагнитной спирали, образованной марганцем (II) и нитронилнитроксидным радикалом. Inorg. Chem. 30 , 3936–3941 (1991).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 17.

    Caneschi, A. et al. Цепочки нитроксида кобальта (II) -нитронила как молекулярные магнитные нанопроволоки. Angew. Chem. Int. Эд. 40 , 1760–1763 (2001).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 18.

    Айзу К. Возможные разновидности ферромагнитных, сегнетоэлектрических и сегнетоэластичных кристаллов. Phys. Ред. B 2 , 754–772 (1970).

    Артикул

    Google Scholar

  • 19.

    Саллер Д., Бордач С. и Кезмарки И. Условия симметрии невзаимного распространения света в магнитных кристаллах. Phys. Ред. B 87 , 014421 (2013).

    Артикул

    Google Scholar

  • 20.

    Sessoli, R. et al. Сильный магнитохиральный дихроизм в парамагнитной спирали молекул, наблюдаемый с помощью жесткого рентгеновского излучения. Нат. Phys. 11 , 69–74 (2015).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 21.

    Скарроцца М., Бароне П., Сессоли Р. и Пикоцци С. Магнитоэлектрическая связь и спин-индуцированная электрическая поляризация в металлорганических магнитных цепях. J. Mater. Chem. С 4 , 4176–4185 (2016).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 22.

    Виндигни А., Реттори А., Пини М. Г., Карбоне К. и Гамбарделла П. Цепочки Гейзенберга конечных размеров и магнетизм одномерных металлических систем. Заявл. Phys. А 82 , 385–394 (2006).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 23.

    Нагата К. и Тазуке Ю. Эффекты ближнего порядка на частотах ЭПР в линейных цепочечных антиферромагнетиках Гейзенберга. J. Phys. Soc. Jpn. 32 , 337–345 (1972).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 24.

    Карасудани Т. и Окамото Х.Температурная зависимость частот ЭПР в чисто- и псевдоодномерных магнетиках Гейзенберга. J. Phys. Soc. Jpn. 43 , 1131–1136 (1977).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 25.

    Мимс В. Б. Эффект линейного электрического поля в парамагнитном резонансе (Oxford Univ. Press, Oxford, 1976).

  • 26.

    Джордж Р. Э., Эдвардс Дж. П. и Ардаван А. Когерентное управление спином путем электрического манипулирования магнитной анизотропией. Phys. Rev. Lett. 110 , 027601 (2013).

    Артикул

    Google Scholar

  • 27.

    Вислинг П. и Мюллер К. А. Резонансные линии некрамерсовских ионов, модулированные электрическим полем. J. Phys. C Физика твердого тела. 9 , 635–645 (1975).

    Артикул

    Google Scholar

  • 28.

    Майсурадзе А., Шенгелая А., Бергер Х., Джокич Д.М. и Келлер, Х. Магнитоэлектрическая связь в монокристалле Cu 2 (OSeO) 3 изучена с помощью новой техники электронного спинового резонанса. Phys. Rev. Lett. 108 , 247211 (2012).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 29.

    Аннино, Г., Вильянуэва-Гарибей, Дж. А., ван Бентум, П. Дж. М., Клаассен, А. А. К. и Кентгенс, А. П. М. Двухрезонансная структура с высоким коэффициентом преобразования для высокополевой динамической поляризации ядер. Заявл. Magn. Резон. 37 , 851 (2009).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 30.

    Вильянуэва-Гарибай, Дж. А., Аннино, Г., ван Бентум, П. Дж. М. и Кентгенс, А. П. М. Расширение предела динамической ядерной поляризации в жидком состоянии в сильном поле. Phys. Chem. Chem. Phys. 12 , 5846–5849 (2010).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 31.

    Tazuke, Y. & Nagata, K. Ширины линий ЭПР одномерного антиферромагнетика Гейзенберга CsMnCl 3 2H 2 O. J. Phys. Soc. Jpn 38 , 1003–1010 (1975).

    CAS
    Статья

    Google Scholar

  • 32.

    Томпсон, К. Ф., Гоклер, К., Ллойд, С. и Шор, П. У. Не зависящие от времени универсальные вычисления со спиновыми цепочками: квантовая машина плинко. New J. Phys. 18 , 073044 (2016).

    Артикул

    Google Scholar

  • 33.

    Бажанов Д. И., Сивков И. Н., Степанюк В. С. Разработка запутанности и передачи спинового состояния через квантовые цепочки атомных спинов на больших расстояниях. Sci. Отчет 8 , 14118 (2018).

    Артикул

    Google Scholar

  • 34.

    Xu, A. et al. ДНК-оригами: мост снизу вверх.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *