Примеры магнитные и электрические явления: Электрические и магнитные явления примеры. Электрические явления

Содержание

Электрические и магнитные явления примеры. Электрические явления

Электричество, которым человечество научилось управлять сравнительно недавно, можно наблюдать в природе, причём в самых разнообразных и удивительных формах.

1. Вистлеры (свистовые волны)

Вистлеры ещё называют свистящими атмосфериками или электромагнитным хором рассвета за то, что звуки, которые они производят, напоминают пение птиц ранним утром. Это почти неземные звуки, образующиеся в верхних слоях атмосферы при разрядах молний, причём их можно записать даже на простейшем радиооборудовании. Существует даже такое понятие как «охотники за вистлерами», обозначающее радиолюбителей, путешествующих на дальние расстояния в районы с минимальным наличием линий электропередач и других электромагнитных помех для того, чтобы сделать чистые звуковые записи.

2. Молнии Кататумбо

Молнии Кататумбо являются самым длительным грозовым явлением на Земле. Они зафиксированы в устье реки Кататумбо (Венесуэла), а их многочасовое свечение породило немало легенд и мифов среди коренного населения. Пары метана из местных болот в сочетании с ветром со стороны Анд поднимаются в атмосферу и фактически провоцируют непрерывные удары молний. Интенсивный гром с молниями начинается сразу после наступления сумерек и продолжается около 10 часов. Сами молнии красно-оранжевого цвета можно увидеть в ясные ночи из многих стран Карибского бассейна. Это явление настолько уникально, что его собираются включить в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

3. Грязные грозы

«Грязная гроза» – это мощное электрическое грозовое явление, формирующееся в шлейфе вулканического извержения. Что именно порождает эти массивные электрические разряды пока неизвестно, учёные предполагают, что частицы льда и пыли трутся друг о друга и вырабатывают статическое электричество, что и вызывает эти удивительные молнии необычного цвета. В течение 2011 года массовые грязные грозы наблюдались в Чили. Температура и плотность фонтанов пепла без присутствия воды, которая могла бы объяснить формирование молнии, по-прежнему делает это явление неразгаданной природной тайной.

4. Визуальный феномен космических лучей

Космические лучи зарождаются в глубоком космосе, они путешествуют в течение миллионов лет и, в конце концов, попадают на нашу планету. Эти лучи поглощаются нашей атмосферой, потому для нас они невидимы. Зато космонавты видят их даже с закрытыми глазами. Лучи воздействует иначе, чем земной свет. Космонавты миссии «Аполлон 11» описывали их как пятна и полосы, возникающие каждые три минуты. Хотя этот визуальный феномен полностью не изучен учёными, уже известно, что космические лучи движутся на высоких скоростях и проходят через космические корабли и через сетчатку глаз космонавтов.

5. Триболюминесценция

Триболюминесценции – световое явление, излучаемое из кристаллического вещества при его разрушении. На сегодняшний день считается, что через это вещество проходит электрический ток и заставляет молекулы газа, находящиеся внутри кристалла, светиться. Практическое современное использование триболюминесценции включает в себя обнаружение трещин внутри зданий, а также внутри космических аппаратов, плотин и мостов. Когда наши предки обнаружили этот источник, они приписали ему божественное происхождение. Индейские шаманы наполняли церемониальные трещотки кварцевыми кристаллами, которые светились при тряске, что придавало особую атмосферу проводимым ритуалам. Кстати, вы можете пронаблюдать этот свет в домашних условиях. Положите кусочки сахара на ровную поверхность в темном помещении и раздавите их стеклянным стаканом, чтобы увидеть синеватые вспышки света.

6. Сонолюминесценция

Сонолюминесценция, то есть выработка света звуковыми волнами, была обнаружена в 1930-е годы. Ученые впервые столкнулись с загадочными огнями, исследуя морские гидролокаторы. Когда звуковые волны проходили через воду, появлялось синее мерцание и вспышки света. Мелкие пузырьки в воде расширялись и быстро сжимались, возникало высокое давление и температура, хлопок, выработка энергии, а затем излучение света. Иными словами, звук превращался в свет. Кстати, механизм этого явления по сей день не является полностью изученным.

7. Спрайты

Спрайты – это мощные, яркие вспышки обычно красного цвета, возникающие высоко в атмосфере, выше грозовых туч, на высоте от 80 км. В диаметре они могут быть от 50 км и более. Ранее считалось, что спрайты – это разновидность молнии, но впоследствии было установлено, что это скорее определённый тип плазмы. Спрайты напоминают большую красную медузу с длинными синими щупальцами. Их сложно сфотографировать с земли, но есть много снимков, сделанных с самолетов.

8. Шаровая молния

Оказывается, что шаровые молнии как явление стали восприниматься всерьез только в 60-х годах, хотя их появление фиксировалось постоянно в течение многих столетий. Эти странные шары могут различаться по размерам: от горошины до небольшого автобуса. Трещащие, шипящие, яркие шары возникают во время грозы, в некоторых случаях они могут спонтанно и громко взрываться. Одна из самых странных тайн шаровой молнии – это её «разумное» поведение. Она влетает в здания через дверные проемы или окна и путешествует по комнатам, огибая столы, стулья и прочие предметы. Происхождение шаровых молний до сих пор тщательно изучается, но к единому мнению учёные так ещё и не пришли.

9. Огни святого Эльма

Еще во времена Колумба Огни святого Эльма считались сверхъестественным явлением. Моряки часто рассказывали о ярко-синем или фиолетовом свечении вокруг корабля. Свечение напоминало мерцающие на ветру языки пламени вокруг мачт. Внезапное появление Огней святого Эльма считалось добрым предзнаменованием, поскольку странный пучкообразный свет возникал перед окончанием мощных штормов. Наука имеет своё объяснение этому странному свечению. Разница в напряжении между воздушной атмосферой и морем вызывает ионизацию газов, которые начинают светиться. Кстати, Огни святого Эльма были также замечены на церковных шпилях, крыльях самолетов и даже рогах крупного скота.

10. Северное сияние

Полярные (северные) сияния – это изумительные световые явления, возникающие в ночном небе. Аврора Бореалис в северном полушарии и Аврора Австралис в южном полушарии получили свои имена от римской богини рассвета. Они выглядят как волнистая, светящаяся завеса зелёного цвета, хотя были также зафиксированы сияния красного, розового, желтого и изредка синего цветов. Причина земных Аврор заключается в том, что заряжённые частицы, высвобождаемые из атмосферы Солнца, сталкиваются с частицами газа в атмосфере Земли, и в результате мы становимся свидетелями впечатляющего природного светового шоу.

Текст:

Гроза не что иное, как атмосферное явление, проявляющее электричество. Распространено это явление больше в горах, нежели на равнинах.
Чаще всего возможность попасть под грозу появляется летом. Бывает такое, что безумно жаркое утро, а потом резко налетает си

Электрические и магнитные явления

2014-05-23

Яркий пример естественного электрического явления — молния, является гигантским электрическим разрядом (рис. 1.10). Крошечные «молнии» каждый раз проскакивают в выключателе, когда вы, например, выключаете свет.

Электрические явления сегодня так распространены, что мы этого почти не замечаем каждый день мы пользуемся электрическим освещением, транспортом (рис. 1.11), бытовыми электроприборами, компьютерами.

Электрические явления вызваны взаимодействием электрически заряженных тел или электрически заряженных частиц вещества. Установлено, что есть два типа электрических зарядов: положительные и отрицательные. Заряды одного типа (их называют одноименными) отталкиваются, а заряды разных типов (разноименные) притягиваются.

Примерами магнитных явлений является взаимодействие постоянных магнитов, а также привлечения магнитом железных и стальных предметов. Пример магнитного явления — движение стрелки компаса: она всегда возвращается так, чтобы ее северный конец указывал на север (рис. 1.12). Эта странная «настойчивость» стрелки компаса когда-то поразила пытливого пятилетнего мальчика, которого звали Альбертом. Став знаменитым ученым, Альберт Ейнштейн2 писал, что именно поведение стрелки компаса впервые вызвала в нем незабываемое ощущение, что за вещами, которые мы видим, есть что-то еще, глубоко скрытое.

Поворот магнитной стрелки вызванный взаимодействием двух магнитов: маленького — стрелки компаса и огромного — земного шара.

1 От греческих слов «термо» — тепло и «динамикос» — сильный.

2 Альберт Эйнштейн жил и работал в Швейцарии, Германии и США.

Во второй половине 19- го века было установлено, что электрические и магнитные явления тесно связаны друг с другом. Например, северное сияние (рис. 1.13) вызвано тем, что электрически заряженные частицы, летящие из космоса, взаимодействуют с Землей как с магнитом.

Электрические и магнитные явления вместе называют электромагнитными. Благодаря им работают электростанции и электродвигатели, радиосвязь, телевидение (рис. 1.14), компьютеры (рис. 1.15).

Электромагнитные явления вызванные электромагнитным полем, пронизывающим пространство вокруг нас. Благодаря электромагнитному полю мы видим, ибо свет является разновидностью электромагнитных волн. Благодаря электромагнитным волнам работает радиосвязь и телевидение.

Разделы физики, которые изучают электрические и магнитные явления, называют электричеством и магнетизмом. Их законы открыли ученые нескольких стран.

категория: Физика

1. Физические тела. Физические явления

1. Укажите, что относится к понятию «физическое тело», а что к понятию «вещество»: самолет, космический корабль, медь, авторучка, фарфор, вода, автомобиль.
Физическое тело — самолет, космический корабль, авторучка.
Вещество — медь, фарфор, вода.

2. Приведите примеры следующих физических тел: а) состоящих из одного и того же вещества; б) состоящих из различных веществ одинакового названия и назначения.
а) Из одного вещества: стол, карандаш, стул — из дерева,
б) Из различных веществ: пластиковая и стеклянная бутылка.

3. Назовите физические тела, которые могут быть сделаны из стекла, резины, древесины, стали, пластмассы.
Стекло: колба лампы, бутылка.
Резина: покрышка, воздушный шарик.
Древесина: дверь, паркет.
Сталь: резец, лезвие ножа.
Пластмасса: корпус шариковой ручки, калькулятора.

4. Укажите вещества, из которых состоят следующие тела: ножницы, стакан, футбольная камера, лопата, карандаш.
Ножницы — сталь; стакан — стекло; футбольная камера — резина; лопата — сталь; карандаш — дерево.

5. Начертите в тетради таблицу и распределите в ней следующие слова: свинец, гром, рельсы, пурга, алюминий, рассвет, буран, Луна, спирт, ножницы, ртуть, снегопад, стол, медь, вертолет, нефть, кипение, метель, выстрел, наводнение.

6. Приведите примеры механических явлений.
Механические явления: падение тела, колебание маятника.

7. Приведите примеры тепловых явлений.
Тепловые явления: таяние снега, кипение воды.

8. Приведите примеры звуковых явлений.
Звуковые явления: гром, свист милиционера.

9. Приведите примеры электрических явлений.
Электрические явления: молния, искра свечи зажигания.

10. Приведите примеры магнитных явлений.
Магнитные явления: взаимодействие двух магнитов, вращение стрелки компаса.

11. Приведите примеры световых явлений.
Световые явления: свет лампочки, северное сияние.

12. Предлагаемую ниже таблицу начертите в тетради и впишите слова, относящиеся к механическим, звуковым, тепловым, электрическим, световым явлениям: шар катится, свинец плавится, холодает, слышны раскаты грома, снег тает, звезды мерцают, вода кипит, наступает рассвет, эхо, плывет бревно, маятник часов колеблется, облака движутся, гроза, летит голубь, сверкает молния, шелестит листва, горит электрическая лампа.

13. Назовите два-три физических явления, которые наблюдаются при выстреле из пушки.
Полет снаряда, звук выстрела и взрыв пороха.

Магнитные и электрические физические явления

Вспомним, как с помощью магнита можно разделить смесь песка и железных опилок. Чтобы выяснить, как магнит действует на другие тела, проведем опыт. Поднесем магнит к железным скрепкам — они притянутся к нему. Поднесем магнит к резинке, фломастеру, пластмассовой линейке или коробке. Ни одно из этих тел притягиваться к магниту не будет.

Притяжение железных скрепок к магниту — это магнитное явление. В случае с резинкой, фломастером, линейкой, коробочкой это явление не происходило. Итак, магнит действует избирательно — одни тела он притягивает, другие — нет. Магнит притягивает только тела, которые содержат вещество железо. Притяжения тел к магниту получило название магнитного явления.

Незаменимый прибор путешественников

Для ориентирования на местности используют компас. Благодаря магнитным явлениям он позволяет определять стороны горизонта при любой погоде. Поэтому компас обязательно берут с собой мореплаватели, геологи, туристы. Основная составляющая этого прибора — магнитная стрелка. Она расположена на острие иглы и свободно вращается. Дело в том, что наша планета является огромным магнитом. Магнитная стрелка компаса ежесекундно чувствует магнитное действие Земли. И поэтому один ее конец всегда указывает на север, а другой — на юг.

Электризация тел и электрические явления

Не только магниты могут действовать на тела на расстоянии. Если пластмассовую линейку натереть тканью, а затем поднести к группе маленьких клочков бумаги, то линейка будем притягивать к себе клочки бумаги так же, как магнит железо. Это происходит потому, что в результате трения линейка наэлектризовалась. Наэлектризовываться могут и другие тела. Явления, связанные с электризацией тел, называются электрическими явлениями.

Перемещение клочков бумаги наэлектризованной линейкой обусловили заряженные частицы, входящие в состав атомов. Их называют электронами. Отсюда происходит название явлений — электрические. Подробнее с электрическими явлениями мы познакомимся на уроках физики.

Люди научились использовать электрические явления. Свет и тепло в помещениях, движение многих машин и механизмов, работу радио, телефонов, телевизоров обеспечивают преимущественно посредством использования электрических и магнитных явлений.

Магниты — это природные или искусственные тела, способные притягивать к себе другие тела, в состав которых входит железо. Изучение магнитных явлений позволило изготовить компас — прибор, благодаря которому путешественники ориентируются на местности.
Электрические явления — это взаимодействие наэлектризованных тел. Люди используют электрические явления, конструируя и изготовляя электрические приборы.

Магнитные явления. Магнитные явления в природе

Магнитное взаимодействие объектов – одно из фундаментальных процессов, которые руководят всем во Вселенной. Видимые его проявления – это магнитные явления. Среди них можно назвать северное сияние, притяжение магнитов, магнитные бури и т. д. Как они возникают? Чем характеризуются?

Магнетизм

Магнитные явления и свойства в совокупности называют магнетизмом. Об их существовании было известно очень давно. Предполагается, что уже четыре тысячи лет назад китайцы использовали эти знания для создания компаса и навигации в морских походах. Проводить опыты и серьезно изучать физическое магнитное явление начали только в XIX веке. Одним из первых исследователей в этой области считается Ханс Эрстед.

Магнитные явления могут происходить как в Космосе, так и на Земле, и проявляются только в пределах магнитных полей. Такие поля возникают от электрических зарядов. Когда заряды неподвижны, вокруг них образуется электрическое поле. Когда они движутся — магнитное поле.

То есть явление магнитного поля возникает с появлением электрического тока или переменного электрического поля. Это область пространства, внутри которой действует сила, влияющая на магниты и магнитные проводники. Она имеет свое направление и уменьшается по мере отдаления от своего источника – проводника.

Магниты

Тело, вокруг которого образуется магнитное поле, называется магнитом. Самым маленьким из них является электрон. Притяжение магнитов – самое известное физическое магнитное явление: если приложить два магнита друг к другу, то они либо притянуться, либо оттолкнуться. Все дело в их положении относительно друг друга. Каждый магнит имеет два полюса: северный и южный.

Одноименные полюса отталкиваются, а разноименные, наоборот, притягиваются. Если разрезать его надвое, то северный и южный полюса не разделятся. В результате, мы получим два магнита, на каждом из которых также будет по два полюса.

Существует ряд материалов, которые обладают магнитными свойствами. К ним относятся железо, кобальт, никель, сталь и т.д. Среди них есть и жидкости, сплавы, химические соединения. Если магнетики подержать возле магнита, то они и сами им станут.

Такие вещества, как чистое железо, легко приобретают подобное свойство, но и быстро с ним прощаются. Другие (например, сталь) намагничиваются дольше, но удерживают эффект длительное время.

Намагничивание

Выше мы установили, что магнитное поле возникает при движении заряженных частиц. Но о каком движении может идти речь, например, в куске железа, висящем на холодильнике? Все вещества состоят из атомов, в которых и находятся движущиеся частицы.

Каждый атом обладает своим магнитным полем. Но, в одних материалах эти поля направлены хаотично в различные стороны. Из-за этого, вокруг них не создается одного большого поля. Такие вещества не способны намагничиваться.

В других материалах (железе, кобальте, никеле, стали) атомы способны выстраиваться так, что все они будут направлены одинаково. В результате, вокруг них формируется общее магнитное поле и тело намагнитится.

Получается, намагничивание тела — это упорядочивание полей его атомов. Чтобы нарушить этот порядок достаточно сильно ударить по нему, например, молотком. Поля атомов начнут хаотичное движение и утратят магнитные свойства. Тоже произойдет, если материал нагреть.

Магнитная индукция

Магнитные явления связаны с движущимися зарядами. Так, вокруг проводника с электрическим током непременно возникает магнитное поле. Но может ли быть наоборот? Этим вопросом однажды задался английский физик Майкл Фарадей и открыл явление магнитной индукции.

Он заключил, что постоянное поле не может вызвать электрический ток, а переменное – может. Ток возникает в замкнутом контуре магнитного поля и называется индукционным. Электродвижущая сила при этом будет изменяться пропорционально изменению скорости поля, которое пронизывает контур.

Открытие Фарадея было настоящим прорывом и принесло немалую пользу производителям электротехники. Благодаря ему, стало возможным получать ток из механической энергии. Закон, выведенный ученым, применялся и применяется в устройстве электродвигателей, различных генераторов, трансформаторов и т.д.

Магнитное поле Земли

У Юпитера, Нептуна, Сатурна и Урана есть магнитное поле. Наша планета – не исключение. В обычной жизни мы практически не замечаем его. Оно не осязаемо, не имеет вкуса или запаха. Зато именно с ним связаны магнитные явления в природе. Такие, как полярное сияние, магнитные бури или магниторецепция у животных.

По сути, Земля является огромным, но не очень сильным магнитом, который имеет два полюса, не совпадающие с географическими. Магнитные линии выходят из Южного полюса планеты и входят в Северный. Это означает, что на самом деле Южный полюс Земли является северным полюсом магнита (поэтому на Западе синим цветом обозначается южный полюс – S, а красным обозначают северный полюс – N).

Магнитное поле распространяется на сотни километров от поверхности планеты. Оно служит невидимым куполом, который отражает мощное галактическое и солнечное излучение. Во время столкновения частиц радиации с оболочкой Земли и образуются многие магнитные явления. Давайте рассмотрим самые известные из них.

Магнитные бури

На нашу планету сильное влияние оказывает Солнце. Оно не только дает нам тепло и свет, но и провоцирует такие неприятные магнитные явления, как бури. Их появление связано с повышением солнечной активностью и процессами, которые происходят внутри этой звезды.

Земля постоянно испытывает влияние потока ионизированных частиц с Солнца. Они движутся со скоростью 300-1200 км/с и характеризуются как солнечный ветер. Но время от времени на звезде происходят внезапные выбросы огромного количества этих частиц. Они действуют на земную оболочку как толчки и заставляют магнитное поле колебаться.

Длятся такие бури обычно до трех суток. В это время некоторые жители нашей планеты испытывают недомогание. Колебания оболочки отражаются на нас головными болями, повышением давления и слабостью. За всю жизнь человек переживает в среднем 2000 бурь.

Северное сияние

Есть и более приятные магнитные явления в природе – северное сияние или же аврора. Оно проявляется в виде свечения неба с быстро меняющимися цветами, и происходит преимущественно в высоких широтах (67—70°). При сильной активности Солнца сияние наблюдается и ниже.

Примерно в 64 километрах над полюсами заряженные солнечные частицы встречаются с дальними границами магнитного поля. Здесь некоторые из них направляются к магнитным полюсам Земли, где взаимодействуют с газами атмосферы, отчего и появляется сияние.

Спектр свечения зависит от состава воздуха и его разреженности. Красное свечение происходит на высоте от 150 до 400 километров. Синие и зеленые оттенки связаны с большим содержанием кислорода и азота. Они происходят на высоте 100 километров.

Магниторецепция

Основная наука, изучающая магнитные явления, – физика. Однако некоторые из них может затрагивать и биология. Например, магниточувствительность живых организмов – способность распознавать магнитное поле Земли.

Этим уникальным даром обладают многие животные, в особенности мигрирующие виды. Способности к магниторецепции обнаружена у летучих мышей, голубей, черепах, кошек, оленей, у некоторых бактерий и т. д. Она помогает животным ориентироваться в пространстве и находить свое жилье, удаляясь от него на десятки километров.

Если человек для ориентации использует компас, то животные пользуются вполне природными инструментами. Точно определить, как и почему работает магниторецепция, ученые пока не могут. Но известно, что голуби способны находить свой дом даже, если их увезти от него на сотни километров, закрыв при этом птицу в абсолютно темном ящике. Черепахи находят место своего рождения даже спустя годы.

Благодаря своим «суперспособностям» животные предчувствуют извержение вулканов, землетрясения, бури и другие катаклизмы. Они тонко чувствуют колебания в магнитном поле, что повышает способность к самосохранению.

Электромагнитные явления

Еще со времен Фарадея изучаются электромагнитные явления. Однако взаимодействие электропроводных жидкостей и электромагнитного поля внимание к себе привлекло лишь в последние годы. Основным толчком к изучению данных явлений стала астрофизика. Уже долгие годы предполагается, что основная часть материи во Вселенной находится в состоянии высокоионизированного газа или плазмы. Главные сведенья в области электромагнитной динамики были получены в результате астрофизических исследований.

Роль электромагнитных явлений в физике

В космической физике главная роль принадлежит электромагнитным явлениям, поскольку в космосе существуют магнитные поля, которые прямым образом воздействуют на движение заряженных частиц. Электромагнитные силы при определенных условиях в разы превосходят гравитационные.

Впервые электромагнитные явления были применены для передачи информации. В XIX столетии создается телеграфия. Ее суть была очень проста: любое сообщение, что состояло из цифр и букв, может передаваться при помощи набора знаков, то есть сообщение кодируется.

Готовые работы на аналогичную тему

Все электромагнитные явления подчинены определенным закономерностям, которые характеризуют электромагнитную форму движения материи, что кардинально отличается от механической. В электронных устройствах электромагнитные явления описаны сложными взаимоотношениями и характеризуются величинами, что зависят от пространственных координат и времени. Но такое описание является слишком обширным при исследовании сложных электронных устройств.

Электромагнитные явления не считались автономными. Благодаря усилию многих ученых данные явления были сведены к механическим. Изучение механики и электромагнитных явлений привело к формированию теории относительности: тут четырехмерное пространство и время были представлены единым многообразием, а его разделение на пространство и время – условным.

Главная особенность электромагнитных явлений в системе определена изменением свойств заготовок, при переходе от одной заготовки к другой. Первичные заготовки были полностью ферримагнитными, а остальные либо частично ферримагнитными, либо вовсе немагнитными.

Изучение электромагнитных явлений требовало длительного непрерывного труда и напряжения воображения. Для того чтобы выработать правильное материалистичное понимание процессов, необходимо постоянно руководствоваться советской литературой по физике. В процессе изучения электромагнитных явлений было определено, что вокруг электрического тока всегда существовало магнитное поле. Поле и электрический ток неотделимы друг от друга.

В развитие теории электромагнитных явлений наибольший вклад внесли Максвелл и Фарадей. Только после того как Максвелл создал теорию электромагнитного поля говорилось о создании электромагнитной мировой картины. Ученый разработал теорию электромагнитного поля на основе электромагнитной индукции, что была открыта Фарадеем. Он, в свою очередь, проводил эксперименты с магнитной стрелкой и пришел к выводу, что вращение стрелки обусловлено особым состоянием окружающей среды, а не электрическими зарядами в проводнике. После этого ученый вводит понятие поля, как множества магнитных линий, что пронизывают пространство и способны выявлять и направлять электрический ток.

Теория электромагнитного поля, что была создана Максвеллом, сводилась к тому, что трансформирующееся магнитное поле вызывает появление вихревого электрического поля не только в окружающих телах, но и вакууме. Эта теория стала новым этапом в развитии физической науки. В соответствии с ней, весь мир – это электродинамическая система, которая состоит из заряженных частиц, что взаимодействуют друг с другом при помощи электромагнитного поля.

Электрические заряды движутся относительно друг друга, вследствие чего возникает дополнительная магнитная сила. Электромагнитная сила – это объединение магнитной и электрической силы. Электрические силы соотносятся с движущимися и покоящимися зарядами, а магнитные – только с движущими. Многообразие зарядов и сил описаны в уравнениях Максвелла, что стали в будущем уравнениями классической электродинамики.

Эти уравнения положили начало закону Кулона, который идентичен закону всемирного тяготения Ньютона. Закон Кулона выглядит следующим образом:

$F_k = k\frac{q_1q_2}{r^{2}}$

Закон всемирного тяготения Ньютона выглядит следующим образом:

$F_H = G\frac{m_1m_2}{R^{2}}$

Также закон Ньютона имеет следующие утверждения:

магнитные силовые линии не имеют начала и конца, а также они абсолютно непрерывны;
магнитных зарядов в природе не существует;
электрическое поле формируется при помощи электрических зарядов и переменного магнитного поля;
магнитное поле может формироваться как при помощи переменного электрического поля, так и с помощью электрического тока.

Электромагнитные явления кардинальным образом изменили представление о материи.

Электромагнитные явления. Основные термины и формулы

Определение 1

Электрический заряд – это величина, которая характеризует свойство тел и частиц вступать в электромагнитное взаимодействие.

Существует два вида электрических зарядов:

положительные заряды, носителями которых являются протоны;
отрицательные заряды, носителями которых являются электроны.

Атом состоит из ядра, который, в свою очередь, состоит из нейтронов, электронов и протонов. Атом превращается в ион, если он получает или отдает несколько электронов.

Определение 2

Электризация – это процесс приобретения заряда при помощи макроскопического тела.

На данный момент существует несколько способов электризации:

при помощи трения;
при помощи влияния.

Определение 3

Электрическое поле – это форма материи, что существует вокруг заряженных частиц и тел, и действует на другие частицы, что имеют заряд.

Основными законами электростатики являются:

Закон Кулона для неподвижных зарядов: $F_k = k\frac{q_1q_2}{r^{2}}$
Закон сохранения заряда (для замкнутой системы): $ q_1 + q_2… + q_n = const $

Определение 4

Электрический ток – это направленное движение частиц, которые имеют электрический заряд.

Есть несколько условий, которые обеспечивают существование электрического тока:

наличие свободных частиц, которые имеют заряд;
наличие электрического поля.

Действие электрического поля может быть:

тепловым;
магнитным;
химическим;
световым.

Электрическое поле формируется при помощи источников тока, в которых осуществляется работа по разделению зарядов. Это происходит за счет преобразования нескольких видов энергии в энергию электрического поля.

К характеристикам участка цепи можно отнести:

Силу тока: $I = \frac {q}{t}=A (ампер)$ — измерение осуществляется при помощи амперметра.
Напряжение: $U = \frac{A}{q}= В (вольт)$ — измеряется при помощи вольтметра.
Сопротивление: $R = p\frac{l}{S} = Ом$ — измеряется при помощи омметра.

Закон Ома для участка цепи выглядит следующим образом:

$I = \frac{U}{R}$

Существует два вида соединения проводников: последовательное и параллельное. Последовательное соединение проводников выглядит следующим образом:

$I = I_1 = I_2 =…= I_n$
$U = U_1 + U_2+…+U_n$
$R = R_1 + R_2 +…+ R_n$

Параллельное соединение проводников выглядит следующим образом:

$ I = I_1+I_2+…+I_n$
$U = U_1 = U_2 =…= U_n$
$ \frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} +…+ \frac{1}{R_n}$

Работа тока: $A = Ult$

Мощность тока выглядит так: $P = IU$

Количество теплоты, что выделяется при прохождении сквозь проводник тока можно выразить следующим образом: $Q = I^2 Rt$

Электрический ток может существовать в различных средах:

В металлах осуществляется направленное движение свободных электронов.
В жидкостях происходит направленное движение свободных ионов, которые образуются в результате электролитической диссоциации. Закон электролиза выглядит следующим образом: $m = qk = klt$
В газах происходит направленное движение электронов и ионов, что образуется в результате ионизации.
В полупроводниках – направленное движение свободных дырок и электронов.

Определение 5

Магнитное поле – это особая форма материи, существующая вокруг заряженных движущихся частиц и тел, и действует на другие заряженные частицы и тела, что движутся в этом же поле.

Линии магнитного поля – это условные линии, вдоль которых устанавливаются оси магнитных стрелок в магнитном поле.

Интересные факты применения электромагнитных явлений

Сохранились записи, которые подтверждают, что в древние времена императора Нерона, что страдал ревматизмом, лечили электрованнами. Суть такого лечения заключалась в следующем: в деревянную кадку с водой были помещены электрически скаты. Находясь в такой ванной, человек подвергался действию электрических полей и зарядов.

В Швейцарии в прошлом столетии была изобретена электрическая няня. Под детские пеленки подкладывались изолированные металлические сети, что разделялись сухой подкладкой. Эти сети соединялись с низковольтным источником тока и с электрическим звонком. Когда подкладка становилась мокрой, цепь замыкалась, и срабатывал звонок. Это позволяло матерям сразу знать, когда нужно заменить пеленку.

В тех регионах, где встречаются сильные морозы, существовала проблема слива нефтепродуктов, поскольку их вязкость при низких температурах была слишком высокая. Тогда ученые разработали технологию электроиндукционного нагрева цистерн, которая позволяла сократить энергозатраты.

При помощи электромагнитных явлений можно было определить отпечатки пальцев человека, что держал в руках гильзы и патроны. Поместив гильзу в электрическое поле в виде электрода, на него в вакууме напылялась металлическая пленка, на которой проявлялись отпечатки пальцев, что легко поддавались идентификации.

Примеры физических явлений и их описание

С давних времен люди собирали сведения о том мире, в котором они живут. Была лишь одна наука, объединяющая всю информацию о природе, которую человечество накопило на тот момент. Тогда еще люди не знали, что они наблюдают примеры физических явлений. В настоящее время такая наука носит название «естествознание».

Что изучает физическая наука

Со временем научные представления об окружающем мире заметно изменились – их стало гораздо больше. Естествознание раскололось на много отдельных наук, среди которых: биология, химия, астрономия, география и другие. В ряде этих наук не последнее место занимает физика. Открытия и достижения в этой области позволили человечеству обладать новыми знаниями. К ним можно отнести структуру и поведение различных объектов всяких размеров (начиная с гигантских звезд и заканчивая мельчайшими частицами – атомами и молекулами).

Физическое тело — это…

Существует специальный термин «материя», которым в кругах ученых называют все, что есть вокруг нас. Состоящее из материи физическое тело — это какое-либо вещество, занимающее определенное место в пространстве. Любое физическое тело в действии можно назвать примером физического явления. Опираясь на это определение, можно сказать, что любой предмет является физическим телом. Примеры физических тел: кнопка, блокнот, люстра, карниз, Луна, мальчик, облака.

Что такое физическое явление

Любая материя находится в постоянном изменении. Одни тела двигаются, другие соприкасаются с третьими, четвертые крутятся. Не зря много лет назад философом Гераклитом была произнесена фраза «Все течет, все меняется». У ученых есть даже специальный термин таким изменениям – это все явления.

К физическим явлениям относится все то, что движется.

Какие существуют типы физических явлений

Это явления, когда из-за воздействия температуры некоторые тела начинают трансформироваться (изменяется форма, размер и состояние). Пример физических явлений: под воздействием теплого весеннего солнца тают сосульки и превращаются в жидкость, с наступлением холодов лужи замерзают, кипящая вода становится паром.

Механические.

Эти явления характеризуют смену положения одного тела по отношению к остальным. Примеры: часы идут, мяч прыгает, дерево качается, ручка пишет, вода течет. Все они находятся в движении.

Электрические.

Характер этих явлений полностью оправдывает свое название. Слово «электричество» уходит корнями в греческий язык, где «электрон» значит «янтарь». Пример достаточно простой и многим наверняка знакомый. При резком снятии с себя шерстяного свитера слышится небольшой треск. Если проделать это, отключив в комнате свет, то можно увидеть искорки.

Тело, участвующее в явлении, которое связанно со светом, называют светящимся. В качестве примера физических явлений можно привести всем известную звезду нашей Солнечной системы – Солнце, а также любую другую звезду, лампу и даже жучка-светлячка.

Распространение звука, поведение звуковых волн при столкновениях с препятствием, а также иные явления, которые так или иначе связаны со звуком, относятся к этому типу физических явлений.

Они происходят благодаря свету. Так, например, человек и животные способны видеть, потому что есть свет. В эту группу также включены явления распространения и преломления света, его отражение от предметов и прохождение сквозь разные среды.

Теперь вы знаете, какие бывают физические явления. Однако стоит понимать, что между природными и физическими явлениями существует определенная разница. Так, при природном явлении происходит одновременно несколько физических явлений. Например, при ударе молнии в землю происходят следующие явления: магнитное, звуковое, электрическое, тепловое и световое.

Электромагнетизм | физика | Britannica

Электромагнетизм , наука о заряде, а также о силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм — два аспекта электромагнетизма.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Какое волновое явление возникает в результате интерференции или наложения волн, движущихся в противоположных направлениях?

Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами.Только в 19 веке они стали рассматриваться как взаимосвязанные явления. В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна без всяких сомнений установила, что оба аспекта являются аспектами одного общего явления. Однако на практике электрические и магнитные силы ведут себя по-разному и описываются разными уравнениями. Электрические силы создаются электрическими зарядами в состоянии покоя или в движении. С другой стороны, магнитные силы создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.

Электрические явления происходят даже в нейтральной материи, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Это чрезвычайно сильно по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие только одного электрона из каждого миллиарда молекул у двух 70-килограммовых (154-фунтовых) людей, стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов) друг от друга, оттолкнет их с силой в 30 000 тонн. В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие определенные бури.

Электрические и магнитные силы могут быть обнаружены в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля имеют фундаментальную природу и могут существовать в космосе вдали от заряда или тока, которые их породили. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот, независимо от внешнего заряда. Как обнаружил в своей работе английский физик Майкл Фарадей, изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, лежащее в основе производства электроэнергии. И наоборот, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как пришел к выводу шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл.Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включают световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля перемещаются вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, при этом изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Все эти волны движутся с одинаковой скоростью, а именно скоростью света (примерно 300 000 километров, или 186 000 миль в секунду).Они отличаются друг от друга только частотой, с которой колеблются их электрическое и магнитное поля.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Уравнения Максвелла по-прежнему обеспечивают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его. Однако в 20 веке интерпретация его творчества расширилась. Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всей материи скоростью электромагнитного излучения.В конце 1960-х физики обнаружили, что у других сил в природе есть поля с математической структурой, подобной структуре электромагнитного поля. Эти другие силы — сильное взаимодействие, ответственное за энергию, выделяемую при ядерном синтезе, и слабое взаимодействие, наблюдаемое при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер. В частности, слабые и электромагнитные силы были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую единую теорию, на сегодняшний день не достигнута.

Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается поведением агрегатов заряда, включая распределение заряда в материи и движение заряда с места на место. Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток — это мера потока зарядов; законы, управляющие токами в материи, важны в технологии, особенно в производстве, распределении и управлении энергией.

Понятие напряжения, как и понятия заряда и тока, является фундаментальным в науке об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда перетекать из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения. Распространенная проблема в электричестве — это определение отношения между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.

Эта статья призвана дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.

Электромагнетизм | физика | Britannica

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Физик Дж. Дж. Атомная модель Томсона, которую иногда называют моделью сливового пудинга, описывает атом, который принимает конфигурацию?

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на циркадную систему: текущий уровень знаний

Одним из побочных эффектов работы каждого электрического устройства является электромагнитное поле, генерируемое рядом с его рабочим местом. Все организмы, включая человека, ежедневно подвергаются воздействию различных типов этого поля, характеризующегося различными физическими параметрами. Поэтому важно точно определить влияние электромагнитного поля на физиологические и патологические процессы, происходящие в клетках, тканях и органах.Многочисленные эпидемиологические и экспериментальные данные показывают, что чрезвычайно низкочастотное магнитное поле, создаваемое линиями электропередачи и устройствами с электрическим приводом, а также высокочастотное электромагнитное излучение, излучаемое электронными устройствами, потенциально отрицательно влияет на циркадную систему. С другой стороны, несколько исследований не обнаружили влияния этих полей на хронобиологические параметры. В соответствии с текущим уровнем знаний, некоторые ранее предложенные гипотезы, в том числе гипотезы о ключевой роли нарушения секреции мелатонина в патогенезе заболеваний, вызванных электромагнитным полем, нуждаются в пересмотре.В этой статье рассматриваются данные о влиянии электрических, магнитных и электромагнитных полей на ритмы мелатонина и кортизола — двух основных маркеров циркадной системы, а также сна. Он также предоставляет основную информацию о характере, классификации, параметрах и источниках этих полей.

1. Введение

Одним из побочных эффектов работы каждого электрического устройства является электромагнитное поле, возникающее рядом с его рабочим местом. Все организмы, включая человека, ежедневно подвергаются влиянию различных типов этого поля, характеризующегося различными физическими параметрами.Поэтому важно точно определить влияние электромагнитного поля на организмы. Все электрические устройства и линии передачи генерируют низкочастотное (обычно 50 или 60 Гц) поле, которое имеет квазистационарный характер, и две его составляющие — электрическое и магнитное поле — можно анализировать отдельно. Считается, что это поле оказывает потенциально негативное воздействие на организмы, хотя механизм его биологического действия остается неизвестным. С другой стороны, электронные устройства, такие как мобильные телефоны, телевизоры или радиопередатчики, излучают электромагнитное излучение с высокими частотами (от 300 МГц до 300 ГГц).Излучение высокой энергии этого типа вызывает тепловой эффект, который может повышать температуру тканей и органов, а также вызывать серьезные повреждения клеток. Международное агентство по изучению рака (IARC) в 2002 году классифицировало чрезвычайно низкочастотное магнитное поле, создаваемое электрическими устройствами, как возможно канцерогенное для человека [1]. В 2011 году радиочастоты электромагнитных полей были квалифицированы МАИР и ВОЗ как потенциально повышающие риск развития злокачественной опухоли головного мозга [2].

Видимая часть электромагнитного излучения с относительно узкой полосой частот от 389 до 789 ТГц играет ключевую роль в регуляции суточных ритмов, влияя на активность супрахиазматического ядра через меланопсин-положительные ганглиозные клетки сетчатка [3]. Однако в нескольких отчетах представлены доказательства того, что электрические и магнитные поля также влияют на циркадную систему. Было высказано предположение, что дефицит секреции мелатонина может быть ответственным за онкогенное действие электромагнитного поля [4].

Целью статьи был обзор данных о влиянии электрических, магнитных и электромагнитных полей на ритмы мелатонина и кортизола, двух основных маркеров циркадной системы, а также на сон. Мы также включили информацию о природе, физических параметрах, классификации и источниках полей, которая может быть полезна биологам и врачам.

2. Природа электрических, магнитных и электромагнитных сил

В физических науках электромагнитное поле — это состояние пространства, характеризующееся электродинамической природой сил, действующих на электрически заряженные объекты.В этом контексте электромагнитное поле можно рассматривать как состоящее из двух независимых компонентов [5]: (i) электрическое — представленное состоянием пространства, известным как электрическое поле, в котором кулоновские силы действуют на неподвижные электрически заряженные объекты, (ii) магнитное — представленное состоянием пространства, известным как магнитное поле, в котором силы Лоренца действуют на нестационарные (движущиеся) электрически заряженные объекты (представляющие электрические токи). Может быть интересно отметить, что согласно специальной теории теория относительности, электрическое и магнитное поля — это два аспекта одного и того же явления в зависимости от выбранной системы отсчета наблюдения — электрическое поле в одной системе отсчета может восприниматься как магнитное поле в другой системе отсчета.

В пределах своего воздействия электромагнитные поля могут воздействовать на физические объекты, в том числе на живые организмы. Эффекты этого влияния зависят от многих факторов. Среди них наиболее важными являются [5] (i) напряженность поля — в случае электрического поля его напряженность выражается в вольтах на метр (В / м), а в случае магнитного поля (МП) — в интенсивность выражается в амперах на метр (А / м), (ii) расстояние до объекта выражается в метрах (м), (iii) частота излучаемой энергии — в случае полей, зависящих от времени, она выражается в герцах (Гц) , в то время как для полей, не зависящих от времени, их частота равна 0, (iv) поверхностная плотность мощности (удельная мощность), представляющая интенсивность излучаемой энергии (мощности) с площадью по всей этой излучаемой энергии, выраженная в ваттах на квадратный метр (Вт / м ²).

Здесь стоит упомянуть, что напряженность магнитного поля выражается в амперах на метр (А / м) в соответствии со стандартами SI. Однако в литературе и научной практике очень часто вместо этого используется индукция магнитного поля, которая выражается в теслах (Тл). Эти величины — и — взаимосвязаны через магнитную проницаемость среды.

3. Электромагнитные поля в среде обитания живых организмов

Электромагнитное излучение и поля сопровождают живые организмы с самого начала жизни на Земле.Однако их нынешнюю интенсивность и повсеместность следует отнести, прежде всего, к человеческой деятельности — технологическим достижениям в современном машиностроении, связанным с разработкой и практическим использованием систем передачи электроэнергии, электрического оборудования и телекоммуникаций.

Источники электромагнитного излучения и полей можно разделить на естественные и неестественные. К естественным источникам относятся небесные тела, такие как звезды и магнитары, Земля и биологические процессы, связанные с потоком электрических импульсов в живых организмах (рис. 1).Электромагнитное излучение, которое достигает поверхности Земли из космоса в виде микроволнового фонового излучения, является следствием Большого взрыва и эволюции Вселенной в самые первые секунды ее существования. Этот тип излучения характеризуется своим распределением тепловой энергии как наиболее совершенное черное тело в природе и имеет почти идеальный планковский спектр при температуре около 2,7 К, в то время как максимум его поверхностной плотности мощности соответствует длине волны 272 ГГц [6 ]. Солнечное излучение, достигающее поверхности Земли, имеет относительно небольшую поверхностную плотность мощности около 3 μ Вт / м ² [6] и состоит из отличительных полос частот, так называемых атмосферных окон, представляющих те полосы частот, которые не поглощаются атмосфера Земли.Их можно перечислить как (i) радиоокно — представленное длинами электромагнитных волн от 15 МГц до 300 ГГц, (ii) оптическое окно — представленное длинами электромагнитных волн от 150 ТГц до 1000 ТГц, (iii) микроволновое окно — представленное электромагнитными длинами волн от 23,1 ТГц до 37,5 ТГц. Магнитное поле Земли — это еще одно естественное поле, исходящее из ядра планеты, которое простирается до огромного пространства, окружающего Землю, известного как магнитосфера. Важным источником сильных электромагнитных полей являются атмосферные разряды, известные как молния.Быстрые радиационные выбросы, сопровождающие эти природные явления, характеризуются высокой плотностью мощности и высокими частотами. В живых организмах электромагнитные поля возникают из-за передачи сигналов в нервной системе и из структур, автономно генерирующих электрические импульсы (например, сердца).

История неестественных источников электромагнитного излучения и полей относительно коротка и охватывает только последние сто лет. Неестественные источники электромагнитного излучения или полей относятся к двум группам.Первая группа включает ионизирующее излучение, характеризующееся относительно высокой энергией, которое может приводить к ионизации частиц вещества. Присутствие этого вида излучения имеет в первую очередь естественные причины (статистическая годовая доза облучения составляет около 2,4 мЗв). Однако неприродные источники ионизирующего излучения, такие как технические устройства, в которых используются различные радиоактивные изотопы, в настоящее время считаются наиболее важными проблемами в охране здоровья населения. Вторая группа — это неионизирующее излучение с энергией, которая слишком мала для ионизации частиц вещества.Обычными источниками этого вида излучения являются все средства, используемые для производства, передачи и использования электроэнергии (высоковольтные линии электропередач, подстанции, двигатели, генераторы, промышленные и бытовые приборы, домашняя электропроводка и т. Д.). К очень важным источникам электромагнитного излучения относятся телекоммуникационные системы (радио, телевидение, Интернет и Wi-Fi), а также медицинские устройства, используемые для диагностики или терапии.

По данным Европейской комиссии, неионизирующее излучение можно разделить на несколько уровней [7]: (i) статические поля, (ii) поля крайне низкой частоты (поля СНЧ), (iii) поля промежуточной частоты (поля ПЧ), ( iv) радиочастотные поля (RF-поля).Чтобы проиллюстрировать соображения авторов, типичные источники электромагнитных полей / излучения, влияющих на живые организмы и упомянутые выше, перечислены и описаны в таблице 1.


Уровень	Диапазон частот	Излучение источник

Статический	0 Гц	Земля, видеоэкраны, магнитно-резонансная томография и другое диагностическое / научное оборудование, электролиз, сварка

Сверхнизкочастотные поля	0–300 Гц	Линии электропередач, домашняя проводка, автомобильные электродвигатели , электропоезда и трамваи, сварочные аппараты

Промежуточная частота	300 Гц – 100 кГц	Видеоэкраны, противоугонные устройства, используемые в автомобилях, домах, магазинах, считыватели карт, металлодетекторы, магнитно-резонансная томография , сварочные аппараты

Радиочастота	100 кГц – 300 ГГц	Радио, телевидение, мобильные телефоны, микроволновые печи, радары и радиопередатчики, магнитно-резонансная томография

4.Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции мелатонина

Мелатонин является основным гормоном системы циркадного ритма у всех позвоночных, включая человека [8]. Суточный ритм его секреции в шишковидной железе млекопитающих управляется супрахиазматическим ядром — центральным эндогенным осциллятором, непосредственно связанным с сетчаткой [8–10]. В физиологических условиях регуляторные механизмы обеспечивают правильное включение этого ритма в цикл свет-темнота, и, следовательно, повышенная ночная секреция мелатонина может служить для всех клеток организма часами и календарем [8, 11, 12].Мелатонин играет ключевую роль в контроле многих физиологических процессов, происходящих в суточных или сезонных ритмах, таких как сон, метаболизм и размножение [13]. Более того, мелатонин также участвует в регуляции иммунной системы [14], сердечно-сосудистой системы [15] и развития рака [13, 16, 17]. Это также очень мощный поглотитель свободных радикалов [18].

Следует отметить, что уровень секреции мелатонина заметно различается у разных людей, как у людей [19, 20], так и у животных [21, 22].Основываясь на измерениях мелатонина в моче, человечество можно разделить на выделителей мелатонина с низким и высоким содержанием мелатонина [19, 20]. Исследование на овцах продемонстрировало, что индивидуальная вариабельность уровня мелатонина в плазме находится под строгим генетическим контролем и связана с массой шишковидной железы и секрецией мелатонина, но не с катаболизмом гормонов [21]. Индивидуальные дневные профили мелатонина плазмы хорошо воспроизводятся в последовательные дни, недели и месяцы как у людей, так и у животных [20, 22].Уровень ночной секреции мелатонина с возрастом снижается [23].

Несколько факторов, например, световое загрязнение в ночное время или перемещение по часовым поясам, могут привести к нарушению ритма секреции мелатонина и циркадной дезорганизации, что, несомненно, оказывает негативное влияние на различные аспекты здоровья [13, 14, 16, 24, 25].

Секреция мелатонина шишковидной железой обычно считается особенно чувствительной к воздействиям электрического, магнитного и электромагнитного поля.Влияние этих полей на активность пинеальной железы было проанализировано в эпидемиологических исследованиях [26–41] и экспериментальных исследованиях, проведенных с использованием различных моделей in vivo, [42–94] и in vitro, [95–100].

4.1. Эпидемиологические исследования

Эпидемиологические исследования предоставили интересные и очень важные данные о влиянии электромагнитных полей на мелатонин и его метаболит — 6-сульфатоксимелатонин — у людей. Многие из этих исследований касались эффектов чрезвычайно низкочастотного магнитного поля (ELF-MF), которое генерируется внешними линиями электропередачи высокого и среднего напряжения, внутренним источником электропитания и электрическими приборами [25].

Связь между воздействием магнитных полей с частотой 16,7 Гц и здоровьем человека интенсивно изучалась у железнодорожников [26, 101, 102]. Pfluger и Minder [26] сравнили, используя план повторных измерений, выделение 6-сульфатоксимелатонина с мочой у 108 швейцарских железнодорожников мужского пола между периодами отдыха и днями после начала работы на двигателях с электрическим приводом или выполнения других задач. Исследование показало, что экскреция 6-сульфатоксимелатонина с мочой была ниже в рабочие дни, чем в дни отдыха у водителей двигателей, подвергавшихся воздействию 16.Магнитное поле 7 Гц со средней напряженностью 20 μ Тл, но не среди других рабочих. Следует отметить, что эпидемиологические исследования швейцарских железнодорожников продемонстрировали значительно повышенную (0,9% на μ T-год кумулятивного воздействия) смертность от лейкозов [101]. Статистические данные также предполагают связь между воздействием магнитного поля с частотой 16,7 Гц на рабочем месте и риском болезни Альцгеймера [102].

Люди часто подвергаются воздействию магнитных полей с частотой 50 Гц (в Европе) или 60 Гц (в Северной Америке), создаваемых источниками питания и электрическими устройствами, обычно используемыми в домах и на рабочих местах.Снижение экскреции 6-сульфатоксимелатонина с мочой наблюдалось у электриков, подвергавшихся воздействию магнитных полей с частотой 60 Гц [27–29]. Существенные изменения были отмечены после второго дня рабочей недели, и эффект воздействия магнитного поля был наиболее заметным у субъектов с низким уровнем освещенности на рабочем месте [28]. Кроме того, было продемонстрировано, что снижение экскреции 6-сульфатоксимелатонина происходило у рабочих, подвергавшихся воздействию более двух часов и в трехфазной среде [29].У людей, работающих в однофазной среде, изменений не обнаружено. Слабое влияние профессионального воздействия низкоинтенсивного магнитного поля на экскрецию 6-сульфатоксимелатонина также наблюдалось у работающих женщин [30].

Davis et al. [31] предположили, что домашнее воздействие магнитного поля 60 Гц снижает активность пинеальной железы у женщин, в первую очередь у женщин, принимающих лекарства. Уровень экскреции 6-сульфатоксимелатонина был ниже у младенцев, содержащихся в инкубаторах, и повышался, когда их переводили в место, свободное от электрических устройств [103].Анализ, проведенный Юутилайненом и Кумлином [32], предполагает, что воздействие магнитного поля с частотой 50 Гц может усиливать эффекты воздействия ночного света на выработку мелатонина; Однако исследование проводилось на относительно небольшой группе субъектов.

Следует подчеркнуть, что небольшое количество эпидемиологических исследований не показали влияния воздействия КНЧ-МФ на секрецию мелатонина [33–37]. Gobba et al. [33] отметили схожие уровни экскреции 6-сульфатоксимелатонина в двух группах рабочих, подвергавшихся воздействию полей ≤0.2 μ T и> 0,2 μ T. У взрослых в возрасте 50–81 лет не наблюдалось связи между воздействием магнитного поля 60 Гц в жилых помещениях и экскрецией 6-сульфатоксимелатонина [34]. Touitou et al. [35] показали, что длительное воздействие КНЧ-МФ не изменяет уровень и суточную секрецию мелатонина. Эти данные свидетельствуют о том, что магнитные поля не имеют кумулятивного воздействия на секрецию мелатонина у людей.

В отличие от ELF-MF, в эпидемиологических исследованиях гораздо меньше внимания уделялось влиянию электромагнитных полей промежуточного диапазона частот (от 300 Гц до <10 МГц) и радиочастотного диапазона (от 10 МГц до 300 ГГц).Никаких изменений в экскреции 6-сульфатоксимелатонина с мочой у женщин, проживающих рядом с передатчиками радио- и телевещания, не обнаружено [38]. Использование мобильного телефона более 25 минут в день снижает уровень секреции мелатонина [39]. Радиовещательные передатчики с коротковолновыми электромагнитными полями (6–22 МГц) снижали секрецию мелатонина на 10% [40]. Исследование, проведенное с участием 50 техников по обслуживанию электронного оборудования, подвергавшихся воздействию различных видов полей, выявило значительно более низкие уровни мелатонина в сыворотке крови по сравнению с контрольной группой [41].

4.2. Экспериментальные исследования на добровольцах

В отличие от эпидемиологических исследований, большинство исследований, проведенных на добровольцах, не выявили влияния КНЧ-МФ на уровни мелатонина и / или 6-сульфатоксимелатонина [42–51]. В исследовании Warman et al. [42], 2-часовое воздействие поля 50 Гц с интенсивностью 200–300 мк Тл не вызывало значительных изменений в повышении ночного мелатонина. Точно так же воздействие на добровольцев в течение одной ночи полем 50 Гц с интенсивностью 20 мк Тл не оказывало влияния на уровень мелатонина в плазме [43].Selmaoui et al. [44] продемонстрировали, что острое ночное воздействие либо непрерывного, либо прерывистого 50 Гц линейно поляризованного магнитного поля силой 10 мк Тл не влияет на секрецию мелатонина у людей. В серии экспериментов, проведенных Graham et al. [45–49], ночная секреция и метаболизм мелатонина не изменились у людей при воздействии КНЧ-МП с интенсивностью в пределах профессионального диапазона воздействия в течение одной или нескольких ночей. Не было обнаружено изменений мелатонина в слюне после воздействия на добровольцев 16.Электромагнитное поле 7 Гц [50, 51]. В отличие от данных, представленных выше, Davis et al. [52] продемонстрировали, что воздействие магнитного поля от 0,5 до 1 мк / Тл, превышающего уровень окружающей среды, в течение 5 ночей подряд снижает выведение 6-сульфатоксимелатонина у женщин.

4.3. Экспериментальные исследования на животных

Большинство из экспериментов in vivo по влиянию воздействия магнитного поля на активность пинеальной железы было проведено на лабораторных грызунах [53–85].

В исследованиях эффектов СНЧ-МФ были получены весьма изменчивые результаты. Непрерывное воздействие на крыс Sprague-Dawley магнитного поля 10 μ Тл 50 Гц в течение 91 дня снижало уровень мелатонина в крови [53]. Однако в другом исследовании той же группы не удалось продемонстрировать стойкий эффект воздействия магнитного поля 100 μ T 50 Гц на уровень мелатонина у крыс, поскольку не наблюдалось его снижения или отсутствия изменений [54]. Снижение активности пинеальной железы в ответ на КНЧ-МФ было отмечено также в нескольких других экспериментах, проведенных на лабораторных крысах [55–63] и джунгарских хомячках [64, 65].С другой стороны, повышенная экскреция 6-сульфатоксимелатонина наблюдалась у крыс Sprague-Dawley, подвергшихся воздействию магнитного поля с частотой 50 Гц и интенсивностью 100 мкм Тл в течение 24 часов [66]. Аналогичным образом Dyche et al. [67] продемонстрировали, что у крыс-самцов, подвергшихся воздействию магнитного поля 100 μ Тл в течение 1 месяца, наблюдается несколько повышенная экскреция 6-сульфатоксимелатонина. Повышенная секреция мелатонина после воздействия слабого магнитного поля также была обнаружена у джунгарского хомяка Niehaus et al.[68]. В других исследованиях, проведенных на крысах и хомяках, изменений секреции мелатонина в ответ на магнитное поле с частотой 50/60 Гц не наблюдалось [69–77]. Об отсутствии влияния ELF-MF на активность пинеальной железы также сообщалось у мышей [78].

Исследования на грызунах предоставили интересные данные о влиянии радиочастотного диапазона электромагнитного поля на активность пинеальной железы. Воздействие на крыс электромагнитного поля с частотой 900 МГц и удельной адсорбцией 0.9 Вт · кг ⁻¹ (мобильный телефон) в течение 2 часов в день и повторения в течение 45 дней приводили к статистически значимому снижению содержания мелатонина в пинеальной железе [81]. Кроме того, поле с частотой 1800 МГц и мощностью 200 Вт · см ⁻² (2 часа в сутки в течение 32 дней; 0,5762 Вт · кг ⁻¹) нарушало ритм секреции мелатонина у крыс [82]. Однако в другом эксперименте животных подвергали аналогичному воздействию в течение 30 минут в день, 5 дней в неделю в течение 4 недель, и никаких изменений в уровне мелатонина в сыворотке крови крыс не было отмечено [83].Аналогичным образом, воздействие на джунгарских хомяков электромагнитным полем с частотами 383, 900 и 1800 МГц (80 мВт · кг ^-1) в течение 60 дней (24 часа в сутки) не приводило к изменениям секреции мелатонина. [84].

Исследования воздействия электрических и магнитных полей на негрызуны проводились лишь от случая к случаю [86–94]. Воздействие на молочный скот вертикального электрического поля 10 кВ / м и однородного горизонтального магнитного поля 30 μ Тл в течение 28 дней не изменяло ночной уровень мелатонина в крови [86].Аналогичным образом никаких изменений секреции мелатонина не наблюдалось в других экспериментах, проведенных на молочных коровах [87, 88] и ягнятах [89, 90]. Исследования американских пустельг показали, что длительное воздействие электромагнитных полей (60 Гц, 30 мк Тл, 10 кВ · м ^-1) вызывает изменения секреции мелатонина [91]. Магнитное поле увеличивало уровень мелатонина в шишковидной железе и сыворотке крови форели в ночное время [92].

4.4. Исследования in vitro

Исследования in vitro , посвященные влиянию электромагнитных полей на секрецию мелатонина, были проведены на шишковидной железе джунгарских хомяков [95, 100] и крыс [96–99].Результаты экспериментов с шишковидной железой хомяка в культуре суперфузионных органов показали, что КНЧ-МФ с интенсивностью 86 мк Тл и частотой 16,67 или 50 Гц вызывали снижение секреции мелатонина, активируемое изопротеренолом [95]. Снижение стимулируемой изопротеренолом секреции мелатонина и активности арилалкиламино-N-ацетилтрансферазы также было обнаружено в исследованиях пинеалоцитов крыс после воздействия КНЧ-МФ [96, 97]. Напротив, Lewy et al. [98] отметили повышенную активность ферментов, синтезирующих мелатонин, а Tripp et al.[99] не обнаружили изменений секреции мелатонина в пинеалоцитах крыс в ответ на ELF-MF.

Влияние воздействия электромагнитного поля с частотой 1800 МГц на секрецию мелатонина шишковидной железой джунгарского хомячка было исследовано [100] на той же экспериментальной установке, которая использовалась в экспериментах с КНЧ-МФ [95]. Это исследование продемонстрировало, что как непрерывные, так и импульсные сигналы при определенном уровне адсорбции 800 мВт · кг ^-1, продолжительностью семь часов, увеличивают уровень секреции мелатонина, стимулированной изопротеренолом [100].

5. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции кортизола

Кортизол является важным стероидным гормоном, вырабатываемым надпочечниками. Подобно мелатонину, он демонстрирует постоянный и воспроизводимый суточный ритм в физиологических условиях [104–107]. Debono et al. [105] в исследовании 33 здоровых людей с 20-минутным интервалом профилирования кортизола в течение 24 часов показали, что концентрация кортизола достигает самых низких уровней примерно в полночь.Затем он начал расти в 02: 00–03: 00, а пик пришелся примерно на 08:30. Затем уровень кортизола медленно снизился до надира. Максимальный уровень кортизола в крови человека составлял приблизительно 399 нмоль / л, тогда как уровень кортизола надира был <50 нмоль / л. Как и многие другие физиологические процессы в организме, происходящие в суточных циклах, ритм секреции кортизола регулируется супрахиазматическим ядром, расположенным в гипоталамусе.

Кортизол регулирует голод и аппетит, стресс, воспалительную реакцию и многие другие функции [108–110].Важность кортизола особенно очевидна, когда он становится недостаточным в состоянии, известном как надпочечниковая недостаточность [111]. Было высказано предположение, что кортизол действует как вторичный посредник между центральными и периферическими часами и может быть важным фактором синхронизации циркадных ритмов тела [111]. Изменения ритмической продукции и уровня кортизола приводят к значительным побочным эффектам [108, 112]. У детей с аутизмом часто наблюдаются большие различия в дневных образцах кортизола и значительное повышение уровня кортизола в слюне в ответ на несоциальный стрессор [113].

И люди, и животные живут в среде с электромагнитными полями различного происхождения. Они подвергаются воздействию электромагнитного поля естественного происхождения, такого как магнитная сила Земли и искусственного происхождения, которое возникает в результате деятельности человека. Изменения магнитного поля Земли влияют на все живые существа на планете. Кроме того, электрические и магнитные поля, которые существуют везде, где генерируется или передается электричество, кажутся очень важными для подвергшихся воздействию организмов.

5.1. Экспериментальные исследования на животных

Результаты исследований влияния электромагнитного поля на секрецию кортизола у животных очень разнообразны. У морских свинок КНЧ-МП вызывало изменения в уровне кортизола, который зависел от частоты и интенсивности поля [114]. Воздействие на животных в течение 2 и 4 часов в день в течение 5 дней поля с частотой 50 Гц и 0,207 μ T показало значительное снижение уровня кортизола [114]. Однако в группах, подвергнутых воздействию поля 5 Гц и 0.013 μ T, после 2 или 4 часов воздействия не наблюдалось значительных изменений кортизола [114]. У швейцарских мышей, непрерывно подвергавшихся воздействию низкочастотного (50 Гц) поля в течение 350 дней, снижение уровня кортизола наблюдалось на 190 день эксперимента [115]. На 90-е и 350-е сутки воздействия значимых различий не отмечено [115]. Повышение уровня кортизола наблюдалось у крыс, подвергавшихся воздействию однородных магнитных полей 10 ^–3 Тл и 10 ^–2 Тл, 1 час каждый день в течение десяти дней [116].Воздействие на самок хомяков мобильных телефонов, работающих на частоте 950 МГц в течение короткого (10 дней, 3 часа ежедневно) и длительных (60 дней, 3 часа ежедневно) периодов, вызывало значительное повышение уровня кортизола по сравнению с контрольной группой [117].

Сообщалось также об отсутствии влияния электромагнитного поля на концентрацию кортизола. Burchard et al. [118] не показали изменений в концентрации кортизола, что может быть связано с воздействием на дойных коров электрического и магнитного полей (вертикальное электрическое поле 10 кВ и горизонтальное магнитное поле 30 мТл).У овцематок также не сообщалось об эффекте воздействия магнитного поля 60 Гц в течение 43 недель на кортизол сыворотки [119]. Отсутствие влияния электромагнитного поля на концентрацию кортикостерона, независимо от характеристик и продолжительности воздействия, было обнаружено также в экспериментах на крысах [120, 121].

5.2. Исследования на людях

Исследования влияния магнитной силы Земли на человеческое тело показали, что уровни кортизола в сыворотке зависят от направления головы во время сна по отношению к Северному и Южному магнитным полюсам [122].Биологический эффект воздействия техногенных электромагнитных полей на человека был предметом нескольких исследований [123–127]. Стоматология — одна из категорий профессий, в которых часто наблюдается повышенный уровень КНЧ-МФ. Воздействие на стоматологов полей, излучаемых кавитронами, вызывало снижение уровня кортизола в сыворотке крови по сравнению с контрольной группой [123]. Низкочастотные магнитные поля применяются в физиотерапии (магнитотерапия и магнитостимуляция). Исследования длительного применения этих процедур предполагают регулирующее влияние магнитных полей на концентрацию кортизола [124].Однако следует подчеркнуть, что многочисленные исследования не обнаружили влияния магнитных полей 50/60 Гц (1–20 μ Тл) и радиочастотных электромагнитных полей на уровень кортизола, независимо от времени эксперимента, возраста или возраста. пол особей или время отбора проб [125–127].

6. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на сон

Суточные ритмы генерируются внутренней системой биологических часов, которые синхронизируются с 24-часовым днем под воздействием факторов окружающей среды, в первую очередь цикла свет-темнота.Многие ритмы очевидны и легко распознаются, например цикл сна и бодрствования, двигательная активность и пищевое поведение.

Цикл сна-бодрствования, вероятно, является основным выходным ритмом циркадных часов, потому что регуляция многих форм поведения и физиологической активности зависит от того, спит ли организм или бодрствует. Предполагается, что нарушения сна — часто встречающиеся клинические симптомы — частично связаны с воздействием электромагнитного поля. В последние годы появляется все больше экспериментальных и эпидемиологических данных о влиянии неионизирующих электромагнитных полей на физиологию мозга и сон [40, 128–144].

Сон — это эндогенный самостоятельный церебральный процесс. Можно измерить определенные и различимые фазы сна. Низкочастотная активность (<10 Гц) и частотная активность веретена сна (примерно 12-15 Гц) - это две тихие характеристики сна с небыстрым движением глаз (NREM), которые можно количественно оценить и использовать в качестве маркеров процессов регуляции сна [145]. Несколько экспериментов показали, что электроэнцефалографическая (ЭЭГ) спектральная мощность в альфа (8–12 Гц) и веретено (12–14 Гц) частотах увеличивается как во время, так и после воздействия импульсно-модулированного радиочастотного поля [128–133].Недавно также наблюдалось увеличение дельта-мощности (<4,5 Гц) [129]. Mann и Röschke [134] сообщили о снижении скорости сна с быстрым движением глаз (REM) и изменениях спектральной мощности ЭЭГ во время REM-сна в ответ на высокочастотное электромагнитное поле, излучаемое цифровыми мобильными радиотелефонами. Regel et al. [130] провели исследование влияния воздействия радиочастотного электромагнитного поля путем изменения интенсивности сигнала в трех экспериментальных сессиях. Анализ ЭЭГ сна выявил дозозависимое увеличение мощности в частотном диапазоне веретена во время медленного сна.Это дало первые признаки дозозависимой связи между интенсивностью поля и его влиянием на физиологию мозга. Huber et al. [137] также продемонстрировали увеличение мощности в диапазоне частот быстрого шпинделя ЭЭГ во время воздействия импульсного радиочастотного поля, но не в зависимости от дозы. Следует также подчеркнуть, что во многих исследованиях [135, 139–141] не удалось показать каких-либо эффектов воздействия радиочастотного поля на сон или ЭЭГ сна.

Несмотря на несколько сообщений, показывающих влияние импульсно-модулированного радиочастотного электромагнитного поля на ЭЭГ во сне, механизм этих вызванных воздействием изменений до сих пор неясен.Кроме того, нет никаких подтверждающих доказательств того, что этот эффект связан с последствиями для здоровья, такими как изменение качества сна [128–130, 136].

На сегодняшний день проведено несколько контролируемых лабораторных исследований ЭЭГ сна в низкочастотных электрических и магнитных полях. Åkerstedt et al. [143] провели двойное слепое плацебо-контролируемое исследование с участием 18 здоровых людей, чтобы изучить влияние магнитного поля 50 Гц на сон. Результаты показали, что эффективность сна, медленный сон и медленная активность, а также субъективная глубина сна были значительно снижены под воздействием СНЧ-МФ.Хотя эти результаты предполагают вмешательство низкочастотного поля, авторы подчеркивают, что эти изменения все еще находятся в пределах нормы. В двойном слепом лабораторном исследовании Graham et al. [144] исследовали влияние магнитного поля 60 Гц на сон во время непрерывного, прерывистого или ложного воздействия. Они продемонстрировали, что периодическое воздействие приводит к явному искажению сна и изменению архитектуры сна по сравнению с фиктивными условиями и непрерывным воздействием. Следует подчеркнуть, что напряженность поля в обоих упомянутых исследованиях [143, 144] была ниже той, которая используется для медицинских диагностических целей, таких как магнитно-резонансная томография.

Анализ эпидемиологических данных, касающихся качества сна и цикла мелатонина, собранных в течение десяти лет в районе коротковолновой (6–22 МГц) радиовещательной станции, предоставил доказательства того, что воздействие электромагнитного поля влияет только на тех, кто плохо спит, и это может быть группой людей, чувствительных к такому воздействию [40]. Это явление было описано как гиперчувствительность к электромагнитным полям, EHS. Это также наблюдалось в нескольких других сообщениях [146, 147].

Хотя биологическое объяснение связи между воздействием радиочастотного электромагнитного поля и ухудшением качества сна не было идентифицировано, предполагается, что в этом процессе может быть вовлечено подавление ночной секреции мелатонина [148].Два сравнительно недавних исследования предполагают связь между снижением секреции мелатонина в ночное время и увеличением использования мобильных телефонов, излучающих радиочастотное поле [39, 149]. Однако четыре перекрестных испытания [127, 141, 150, 151] не обнаружили корреляции между воздействием мобильного телефона и секрецией мелатонина. Гипотеза о связи между циклом мелатонина и воздействием электромагнитного поля требует дальнейшего изучения [152].

7. Выводы

Результаты исследований влияния электрических, магнитных и электромагнитных полей на секрецию мелатонина и кортизола, а также на сон во многом противоречивы.Неблагоприятные данные, связанные с влиянием этих физических факторов на секрецию обоих «циркадных» гормонов, были получены во всех группах исследований, включая эпидемиологические исследования, исследования на добровольцах и исследования на животных. Более того, исследований in vitro и эпифизов грызунов также дали противоречивые результаты. Источники расхождений остаются неизвестными; однако такие факторы, как неправильная оценка уровня воздействия, влияние других факторов, таких как свет и лекарства, различия в фазах циркадного ритма во время воздействия и индивидуальная изменчивость чувствительности к электромагнитным полям, по-видимому, заслуживают особого внимания.Идея о том, что некоторые люди более чувствительны к электромагнитному полю, чем другие, из-за генетического фона и / или текущего состояния здоровья, кажется очень привлекательной и должна стать предметом дальнейших исследований. Следует отметить, что противоречивые результаты были получены и в исследованиях, посвященных другим эффектам электрических, магнитных и электромагнитных полей на организм, включая их опухолевое действие [153–157].

Несмотря на расхождения в представленных результатах, КНЧ-СЧ и радиочастотное электромагнитное поле следует рассматривать как факторы, которые могут влиять на функцию циркадной системы, поскольку значительное количество исследований продемонстрировало изменения в секреции мелатонина и кортизола, а также во сне после экспозиция в этих областях.Из-за широко распространенного воздействия на людей и животных КНЧ-СЧ и радиочастотного электромагнитного поля следует продолжить исследования их биологических эффектов. Важным и до сих пор нерешенным вопросом является взаимосвязь между физическими характеристиками и биологическими эффектами полей, а также механизмами воздействия полей на циркадную систему.

В свете существующей литературы гипотеза, указывающая на нарушение секреции мелатонина как одного из основных факторов, ответственных за канцерогенные эффекты электрических, магнитных или электромагнитных полей [158, 159], не подтверждается эпидемиологическими и экспериментальные данные.Поэтому в настоящее время его следует рассматривать как отрицательно проверенный.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов относительно публикации данной статьи.

Типы электромагнитных волн и их примеры

Электромагнитные волны не требуют среды для передачи и быстро распространяются в вакууме. Радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи, гамма-лучи, инфракрасные волны, ультрафиолетовые волны, видимые световые лучи и т. Д. Являются типами электромагнитных волн.

История

В 1864 году британский физик Джеймс Кларк Максвелл сформулировал систему уравнений, известных как уравнения Максвелла, которые объясняли различные электромагнитные явления.Согласно этим уравнениям изменяющийся магнитный поток создает электрическое поле, а изменяющийся электрический поток создает магнитное поле. Предположим, что через него происходит изменение магнитного потока. Этот изменяющийся магнитный поток создаст изменяющийся электрический поток в окружающей области. Создание электрического поля в области CD вызовет изменение электрического потока через нее, из-за чего магнитное поле будет создано в пространстве, окружающем CD, и так далее. Таким образом, каждое поле порождает другое, и вся совокупность электрического и магнитного полей будет двигаться, продвигаясь в пространстве.Такие движущиеся электрические и магнитные поля известны как электромагнитные волны. Электрическое поле, магнитное поле и направление их распространения взаимно ортогональны. На рисунке видно, что электромагнитные волны являются периодическими, следовательно, они имеют длину волны λ, которая задается соотношением c = fλ, где f — частота, а c — скорость волны. В свободном пространстве скорость электромагнитных волн 3 × 10 ⁸ мс ^-1.

Спектр электромагнитного излучения

В зависимости от значения длины волны частоты электромагнитные волны подразделяются на различные типы волн: радиоволны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет и т. Д.Полный спектр электромагнитных волн от низких радиоволн до высокочастотных гамма-лучей.

Электромагнитные волны от низких радиоволн до высокочастотных гамма-лучей.

Принцип генерации Передача и прием электромагнитных волн

Мы видели, что электромагнитные волны генерируются, когда электрический или магнитный поток изменяется в определенной области пространства. Электрический заряд в состоянии покоя порождает кулоновское поле, которое не излучается в пространстве, потому что в этом типе поля не происходит изменения потока.Заряд, движущийся с постоянной скоростью, эквивалентен установившемуся току, который генерирует постоянное магнитное поле в окружающем пространстве, но такое поле также не излучается, потому что не происходит изменений магнитного потока. Таким образом, единственный шанс создать волну движущимся полем — это когда мы ускоряем электрические заряды.

Радиопередающая антенна представляет собой хороший пример генерации электромагнитных волн за счет ускорения зарядов. Кусок провода, по которому происходит ускорение зарядов, известен как передающая антенна.Он заряжается переменным источником потенциала частоты f и периода времени T . Поскольку зарядный потенциал меняется, заряд на антенне также постоянно меняется. Например, если на вершине в любой момент времени находится + q зарядов, то по истечении времени T / 2 заряд на ней будет — q. Такое регулярное изменение зарядов на антенне приводит к возникновению электрического потока, который постоянно изменяется с частотой f. Этот изменяющийся электрический поток создает электромагнитную волну, которая распространяется в пространстве вдали от антенны.Частота, с которой чередуются поля, всегда равна частоте источника, их генерирующего. Эти электромагнитные волны, которые распространяются в пространстве от антенны передатчика, известны как радиоволны. В свободном пространстве эти волны движутся со скоростью света.

Предположим, эти волны падают на кусок проволоки. Электроны в проводе движутся под действием колеблющегося электрического поля, которое вызывает переменное напряжение на проводе. Частота этого напряжения такая же, как у волны, пересекающей провод.Этот провод, принимающий волну, известен как приемная антенна. Поскольку электрическое поле волны очень слабое на расстоянии многих километров от передатчика, напряжение, которое появляется на приемной антенне, очень мало. Каждый передатчик излучает радиоволны одной определенной частоты. Таким образом, когда несколько передающих станций работают одновременно, мы имеем в пространстве множество радиоволн разных частот. Таким образом, напряжение, которое появляется на приемной антенне, размещенной в космосе, обычно возникает из-за радиоволн большого количества частот.Напряжение одной конкретной частоты можно снимать, подключив индуктивность L и переменный конденсатор C параллельно одному концу приемной антенны.

Если отрегулировать номинал конденсатора так, чтобы собственная частота цепи L — C была такой же, как и у принимаемой передающей станции, цепь будет резонировать под действием возбуждения антенны. Следовательно, схема C создает большой отклик действия только на радиоволны, на которую она настроена.В их радиоприемнике, установленном при смене станций, вы фактически регулируете значение C.

Примеры электромагнитных волн

Рентгеновские волны
Радиоволны
Телевизионные волны
Световые волны

Использование электромагнитных волн

Свойства электромагнитных волн

Эти волны имеют электрические и магнитные поля
Эти волны могут легко проходить через вакуум
Эти волны имеют фиксированные скорости
Длину этих волн можно легко измерить
Эти волны излучаются из источника в космосе.
Энергия этих волн квантована

Смотрите также:

Связанные сообщения:

Электрические и магнитные явления примеры. Электрические явления

1. Вистлеры (свистовые волны)

2. Молнии Кататумбо

3. Грязные грозы

4. Визуальный феномен космических лучей

5. Триболюминесценция

6. Сонолюминесценция

7. Спрайты

8. Шаровая молния

9. Огни святого Эльма

10. Северное сияние

Электрические и магнитные явления

1. Физические тела. Физические явления

Магнитные и электрические физические явления

Незаменимый прибор путешественников

Электризация тел и электрические явления

Магнитные явления. Магнитные явления в природе

Магнетизм

Магниты

Намагничивание

Магнитная индукция

Магнитное поле Земли

Магнитные бури

Северное сияние

Магниторецепция

Электромагнитные явления

Роль электромагнитных явлений в физике

Готовые работы на аналогичную тему

Электромагнитные явления. Основные термины и формулы

Интересные факты применения электромагнитных явлений

Примеры физических явлений и их описание

Что изучает физическая наука

Физическое тело — это…

Что такое физическое явление

Какие существуют типы физических явлений

Электромагнетизм | физика | Britannica

Электромагнетизм | физика | Britannica

Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на циркадную систему: текущий уровень знаний

1. Введение

2. Природа электрических, магнитных и электромагнитных сил

3. Электромагнитные поля в среде обитания живых организмов

4.Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции мелатонина

4.1. Эпидемиологические исследования

4.2. Экспериментальные исследования на добровольцах

4.3. Экспериментальные исследования на животных

4.4. Исследования in vitro

5. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на суточный ритм секреции кортизола

5.1. Экспериментальные исследования на животных

5.2. Исследования на людях

6. Влияние электрических, магнитных и электромагнитных полей на сон

7. Выводы

Конфликт интересов

Типы электромагнитных волн и их примеры

Спектр электромагнитного излучения

Принцип генерации Передача и прием электромагнитных волн

Примеры электромагнитных волн

Использование электромагнитных волн

Свойства электромагнитных волн

alexxlab

Вам также может понравиться

Трансформатор это устройство: Трансформатор простыми словами: устройство, принцип работы, виды

Эл двигатели: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Добавить комментарий Отменить ответ