электромагнитное поле 9 класс доклад

Электромагнитное поле

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Сентября 2012 в 14:14, реферат

Краткое описание

Рассмотрев данный реферат, я бы хотел раскрыть тему электромагнитных полей, их влияния на окружающую среду и человека. Изучить их характеристики, указать по каким критериям они классифицируются.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Электромагнитное поле.doc

Рассмотрев данный реферат я бы хотел раскрыть тему электромагнитных полей, их влияния на окружающую среду и человека. Изучить их характеристики, указать по каким критериям они классифицируются.

В 1864 г. Джеймс Клерк Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде (в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей от диэлектрической и магнитной проницаемости этой среды. Для вакуума теоретическое значение этой скорости было близко к экспериментальным измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.

• Электромагнитное поле– это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

• Электрическое поле – создается электрическими зарядами и заряженными частицами в пространстве. На рисунке представлена картина силовых линий (воображаемых линий, используемых для наглядного представления полей) электрического поля для двух покоящихся заряженных частиц:

Магнитное поле– создается при движении электрических зарядов по проводнику. Физической причиной существования электромагнитного поля является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле – вихревое электрическое поле. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. Поле неподвижной или равномерно движущейся частицы неразрывно связано с носителем (заряженной частицей).

Однако при ускоренном движении носителей электромагнитное поле «срывается» с них и существует в окружающей среде независимо, в виде электромагнитной волны, не исчезая с устранением носителя (например, радиоволны не исчезают при исчезновении тока (перемещения носителей – электронов) в излучающей их антенне).

1. Основные характеристики электромагнитного поля.

Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля(обозначение «E», размерность СИ – В/м, вектор). Магнитное полехарактеризуется напряженностью магнитного поля(обозначение «H», размерность СИ – А/м, вектор). Измерению обычно подвергается модуль (длина) вектора.

2. Классификация электромагнитных полей.

Наиболее применяемой является так называемая «зональная» классификация электромагнитных полей по степени удаленности от источника/носителя.

По этой классификации электромагнитное поле подразделяется на «ближнюю» и «дальнюю» зоны. «Ближняя» зона (иногда называемая зоной индукции) простирается до расстояния от источника, равного 0-3l, где l- длина порождаемой полем электромагнитной волны. При этом напряженность поля быстро убывает (пропорционально квадрату или кубу расстояния до источника). В этой зоне порождаемая электромагнитная волна еще не полностью сформирована.

«Дальняя» зона – это зона сформировавшейся электромагнитной волны. Здесь напряженность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника. В этой зоне справедливо экспериментально определенное соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей.

Электромагнитные волны принято классифицировать по частотам.

3.Основные источники электромагнитного поля.

В качестве основных источников электромагнитного поля можно выделить:

• Электропроводка (внутри зданий и сооружений).

• Теле- и радиопередающие станции.

• Спутниковая и сотовая связь (приборы, ретрансляторы).

Линии электропередач (ЛЭП). Провода работающей линии электропередач создают в прилегающем пространстве (на расстояниях порядка десятков метров от провода) электромагнитное поле промышленной частоты (50 Гц). Причем напряженность поля вблизи линии может изменяться в широких пределах, в зависимости от ее электрической нагрузки.

Электропроводка внутри зданий и сооружений, бытовые электроприборы, персональные компьютеры, телевизионные и радиопередающие станции, так же создают в прилегающем пространстве электромагнитные поля.

Спутниковая связь. Системы спутниковой связи состоят из передающей станции на Земле и спутников – ретрансляторов, находящихся на орбите. Передающие станции спутниковой связи излучают узконаправленный волновой пучок, плотность потока энергии в котором достигает сотен Вт/м. Системы спутниковой связи создают высокие напряженности электромагнитного поля на значительных расстояниях от антенн. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км плотность потока энергии 2,8 Вт/м2. Рассеяние энергии относительно основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе непосредственного размещения антенны.

Сотовая связь. Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее интенсивно развивающихся телекоммуникационных систем. Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции и мобильные радиотелефонные аппараты. Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными аппаратами, вследствие чего они являются источниками электромагнитного поля. В работе системы применяется принцип деления территории покрытия на зоны, или так называемые «соты», радиусом [0,5..10] км.

Интенсивность излучения базовой станции определяется нагрузкой, то есть наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения станции, дня недели и других факторов. В ночные часы загрузка станций практически равна нулю. Интенсивность же излучения мобильных аппаратов зависит в значительной степени от состояния канала связи «мобильный радиотелефон – базовая станция» (чем больше расстояние от базовой станции, тем выше интенсивность излучения аппарата).

Электротранспорт. Электротранспорт (троллейбусы, трамваи, поезда метрополитена и т.п.) является мощным источником электромагнитного поля в диапазоне частот [0..1000] Гц. При этом в роли главного излучателя в подавляющем большинстве случаев выступает тяговый электродвигатель (для троллейбусов и трамваев воздушные токоприёмники по напряженности излучаемого электрического поля соперничают с электродвигателем).

Радарные установки. Радиолокационные и радарные установки имеют обычно антенны рефлекторного типа («тарелки») и излучают узконаправленный радиолуч. Периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости излучения. Наблюдается также временная прерывистость излучения, обусловленная цикличностью работы радиолокатора на излучение. Они работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные специальные установки могут работать на частотах до 100 ГГц и более. Вследствие особого характера излучения они могут создавать на местности зоны с высокой плотностью потока энергии (100 Вт/м2и более).

4. Влияние электромагнитного поля на индивидуальное здоровье человека.

Человеческий организм всегда реагирует на внешнее электромагнитное поле. В силу различного волнового состава и других факторов электромагнитное поле различных источников действует на здоровье человека по-разному. Вследствие этого в данном разделе воздействие различных источников на здоровье будем рассматривать по отдельности. Однако резко диссонирующее с естественным электромагнитным фоном поле искусственных источников почти во всех случаях оказывает на здоровье находящихся в зоне его воздействия людей негативное влияние.

Широкие исследования влияния электромагнитных полей на здоровье были начаты в нашей стране в 60-е годы. Было установлено, что нервная система человека чувствительна к электромагнитному воздействию, а также что поле обладает так называемым информационным действиемпри воздействии на человека в интенсивностях ниже пороговой величины теплового эффекта (величина напряженности поля, при которой начинает проявляться его тепловое воздействие).

В нижеследующей таблице приведены наиболее распространенные жалобы на ухудшение состояния здоровья людей, находящихся в зоне воздействия поля различных источников. Последовательность и нумерация источников в таблице соответствуют их последовательности и нумерации, принятых в разделе 3:

Источник электромагнитного поля.

Наиболее распространенные жалобы.

1.Линии электропередач (ЛЭП).

Кратковременное облучение (порядка нескольких минут) способно привести к негативной реакции только у особо чувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергических заболеваний. Продолжительное облучение обычно приводит к различным патологиям сердечнососудистой и нервной систем (из-за разбалансировки подсистемы нервной регуляции). При сверх длительном (порядка 10-20 лет) непрерывном облучении возможно (по непроверенным данным) развитие некоторых онкологических заболеваний.

2.Внутренняя электропроводка зданий и сооружений.

На настоящее время данных о жалобах на ухудшение состояния здоровья, связанное непосредственно с работой внутренних электросетей не имеется.

Имеются непроверенные данные о жалобах на кожные, сердечнососудистые и нервные патологии при долговременном систематическом пользовании микроволновыми печами старых моделей (до 1995 года выпуска). Также имеются аналогичные данные относительно применения микроволновых печей всех моделей в производственных условиях (например, для разогрева пищи в кафе). Кроме микроволновых печей имеются данные о негативном влиянии на здоровье людей телевизоров, имеющих в качестве прибора визуализации электронно-лучевую трубку. Подробнее см. раздел 4 – «Персональные компьютеры». Относительно применения маломощных и кратковременно работающих приборов – нет данных.

Данные на настоящее время имеются только относительно влияния на здоровье человека компьютерных мониторов, имеющих в качестве прибора визуализации электронно-лучевую трубку (см. раздел 3 – «Бытовые электроприборы»). У систематически работающих за такими мониторами от 2 до 6 часов в сутки людей функциональные нарушения центральной нервной системы происходят в среднем в 4,6 раза чаще, чем у людей, не являющихся пользователями компьютера. Болезни дыхательной системы регистрируются в среднем в 1,9 раза чаще, болезни опорно-двигательного аппарата – в 3,1 раза чаще. С увеличением средней продолжительности работы на компьютере соотношение здоровых и больных среди пользователей резко возрастает.

Также, согласно данным Центра электромагнитной безопасности, в организме пользователя под влиянием электромагнитного излучения монитора происходят значительные изменения гормонального состояния и специфические изменения биотоков мозга. Особенно ярко и устойчиво эти эффекты проявляются у женщин.

Под влиянием электростатического поля мониторов возникает ионизация прилегающего воздуха, резко возрастает концентрация озона. Имеет место так называемое аэроионное воздействие. Данных о жалобах на негативное воздействие ионизированного мониторами воздуха на настоящее время нет.

5.Теле- и радиопередающие станции.

На настоящее время данных о жалобах на ухудшение состояния здоровья, связанное непосредственно с работой радиопередающих станций не имеется.

6. Спутниковая и сотовая связь.

Данных о жалобах на ухудшение состояния здоровья, связанное с работой установок спутниковой связи и базовых станций сотовой связи не имеется.

Вопрос о воздействии излучения мобильного аппарата сотовой связи на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречивым результатам. По последним данным, электромагнитное поле мобильных аппаратов вызывает изменения в подсистеме кровообращения головного мозга, а также изменения биоэлектрической активности мозга. Однако данных о жалобах на негативное воздействие на здоровье электромагнитного поля сотовых телефонов среди людей, не принимавших участия в исследованиях, на настоящее время не имеется.

На настоящее время данных о жалобах на ухудшение состояния здоровья, связанное непосредственно с работой электротранспорта не имеется.

8. Радарные установки.

На настоящее время данных о жалобах на ухудшение состояния здоровья, связанное непосредственно с работой радарных установок не имеется.

Особо чувствительными к воздействию электромагнитных полей в человеческом организме являются нервная, иммунная, энокринно-регулятивная и половая системы. Ниже воздействие поля на эти системы будет рассмотрено по отдельности.

4.1 Влияние электромагнитного поля на нервную систему.

Большое число исследований и сделанные монографические обобщения позволяют отнести нервную систему к одной из наиболее чувствительных к воздействию электромагнитных полей систем человеческого организма. При воздействии поля малой интенсивности возникают существенные отклонения в передаче нервных импульсов на уровне нейронных биоэлектрохимических ретрансляторов (синапсов). Также происходит угнетение высшей нервной деятельности, ухудшается память. Нарушается структура капиллярного гематоэнцефалитического барьера головного мозга, что со временем может привести к неожиданным патологическим проявлениям. Особую чувствительность к электромагнитному воздействию проявляет нервная система эмбриона на поздних стадиях внутриутробного развития.

4.2 Влияние электромагнитного поля на иммунную систему.

На данный момент имеется большое количество данных, указывающих на негативное воздействие электромагнитных полей на иммунологическую реактивность организма. Установлено также, что при электромагнитном воздействии изменяется характер инфекционного процесса – течение инфекционного процесса отягощается аутоиммунной реакцией (атакой иммунной системы на собственный организм). Возникновение аутоиммунитета связано с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных, свойственных данному организму тканевых структур. Такое патологическое состояние характеризуется в большинстве случаев дефицитом лимфоцитов (специализированных клеток иммунной системы), генерируемых в вилочковой железе (тимусе), угнетаемой электромагнитным воздействием. Электромагнитное поле высокой интенсивности также может способствовать неспецифическому подавлению иммунитета, а также особо опасной аутоиммунной реакции к развивающемуся эмбриону.

4.3 Влияние электромагнитного поля на эндокринно-регулятивную систему.

Исследования российских ученых, начавшиеся в 60-е годы XXв. показали, что при действии электромагнитного поля происходит стимуляция гипофиза, сопровождающаяся увеличением содержания адреналина в крови и активизацией процессов свертывания крови. Также замечены изменения в коре надпочечников и структуре гипоталамуса (отдела мозга, регулирующего физиологические и инстинктивные реакции).

4.4 Влияние электромагнитного поля на половую систему.

Нарушения половой функции обычно связаны с изменением ее регуляции со стороны нервной и эндокринно-регулятивной систем, а также с резким снижением активности половых клеток. Установлено, что половая система женщин более чувствительна к электромагнитному воздействию, нежели мужская. Кроме того, чувствительность к этому воздействию эмбриона в период внутриутробного развития во много раз выше, чем материнского организма. Считается, что электромагнитные поля могут вызывать патологии развития эмбриона, воздействуя в различные стадии беременности. Также установлено, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам и снизить скорость нормального развития плода. При этом периодами максимальной чувствительности являются ранние стадии развития зародыша, соответствующие периодам имплантации (закрепления зародыша на плацентарной ткани) и раннего органогенеза.

Источник

Электромагнитное поле

Урок 35. Физика 9 класс (ФГОС)

20210413 vu tg sbscrb2

35

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

20210706 unblock slide1

20210706 unblock slide2

20210706 unblock slide3

Конспект урока «Электромагнитное поле»

Мы уже в течение длительного времени рассматриваем явление электромагнитной индукции и её применении. И мы говорили, что электрический ток в замкнутом проводнике, то есть индукционный ток, возникает за счёт действия переменного магнитного поля. Но вот вопрос: в восьмом классе мы говорили о том, что заряды в проводнике придут в упорядоченное движение только тогда, когда на них действует электрическое поле. Тогда каким образом хаотически движущиеся между узлами кристаллической решётки свободные электроны приходят в направленное движение под действием магнитного поля?

image001

Вопрос действительно непростой, поскольку непонятно, какие силы заставляют электроны двигаться направленно. Ведь само магнитное поле этого сделать не может, так как оно действует только на движущиеся электрические заряды. Наглядно это показали опыты Ампера, в которых магнитное поле оказывало действие только на проводник с током.

image002

Ещё одним фактом является то, что электромагнитная индукция выглядит абсолютно одинаково в двух внешне различающихся опытах. Например, в одном опыте мы вращаем рамку в однородном магнитном поле, а в другом — вращаем магнит внутри рамки.

image003

Принимая во внимание особенности магнитного поля, нужно также помнить о том, что на заряды действует ещё и электрическое поле. Однако это поле, называемое также электростатическим, создаётся неподвижными зарядами, а индукционный ток возникает под действием переменного магнитного поля.

Поэтому можно предположить, что электроны в неподвижном проводнике приводятся в движение электрическим полем, которое само порождается изменяющимся со временем магнитным полем.

Это новое фундаментальное свойство магнитного поля впервые теоретически обосновал английский физик Джеймс Клерк Максвелл в 1865 году: изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, которое по своей природе является индукционным.

Однако теперь возник ряд новых принципиальных вопросов. Например, отличается ли индукционное электрическое поле от обычного кулоновского поля, созданного неподвижными зарядами? Это поле порождается только в проводнике или во всём окружающем проводник пространстве? И, наконец, какую роль при этом играет наличие самого проводящего контура?

Ответы на эти и другие вопросы были заложены в самой теории Максвелла — теории электромагнитного поля. Согласно ей, индукционное электрическое поле имеет совсем другую структуру, чем поле электростатическое, так как оно не связано с какими-либо электрическими зарядами. Поэтому силовые линии этого поля не имеют ни начала, ни конца, и представляют собой некоторые замкнутые линии, похожие на линии магнитного поля. Подобные поля называют вихревыми.

При этом неважно, есть ли проводящий контур или его нет. Его наличие лишь помогает обнаружить возникающее вихревое электрическое поле.

image004

Теперь пришло время задать, пожалуй, самый важный вопрос: если переменное магнитное поле порождает электрическое поле, то возможен ли реально обратный процесс — порождение переменным электрическим полем поля магнитного? Теория Максвелла даёт утвердительный ответ: изменяющееся со временем электрическое поле порождает переменное магнитное поле. Эти тесно взаимосвязанные и порождающие друг друга поля образуют электромагнитное поле.

image005

Сам Максвелл твёрдо верил в существование электромагнитного поля, хотя экспериментальное подтверждение этого факта было получено лишь спустя 22 года.

Одним из важных результатов, который вытекал из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн.

Чтобы понять, как образуются электромагнитные волны, представим себе простую ситуацию и попытаемся понять, что произойдёт в случае, если заряженная частица не просто сместится из одной точки пространства в другую, а будет совершать колебания относительно некоторого начального положения.

Итак, в результате движения частицы электрическое поле в непосредственной близости от неё будет периодически меняться. Изменяющееся электрическое поле, как мы выяснили, будет порождать переменное магнитное поле, которое вызовет появление индукционного электрического поля на уже большем расстоянии от частицы, и так далее.

image006

Таким образом, изменение электромагнитного поля будет далее захватывать всё более отдалённые области пространства. Процесс распространения переменного электромагнитного поля и представляет собой электромагнитную волну.

Вы знаете, что колебательное движение всегда является ускоренным. Значит, для получения электромагнитных волн необходимы ускоренно движущиеся заряды.

В отличие от звуковых волн, которые могут распространяться только в среде, электромагнитные волны, согласно теории Максвелла, могут распространяться не только в среде, но и в вакууме. В связи с этим возникает вопрос: можем ли мы представить себе некий образ волны? То есть какие физические величины испытывают колебания в такой волне?

Вы уже знаете, что силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции.

image007

Для электрического поля также вводится его силовая характеристика. Её называют напряжённостью электрического поля и обозначают буквой «Е».

image008

Аналогично вектору магнитной индукции направление вектора напряжённости электрического поля совпадает с направлением касательной к силовой линии электрического поля в данной его точке. Согласно определению, напряжённость электрического поля в какой-либо его точке равна отношению силы, действующей на помещённую в эту точку поля точечный положительный заряд, к величине этого заряда.

Единицей измерения напряжённости в СИ является ньютон на кулон, или вольт на метр:

image009

Из теории Максвелла также следует, что в электромагнитной волне векторы индукции и напряжённости перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, что говорит о поперечности волны.

Именно эти физические величины являются основными характеристиками электромагнитной волны и испытывают периодические изменения. При этом модули этих ве́кторов одновременно достигают максимальных и минимальных значений, то есть колеблются синхронно.

image010

Примечательно, что Максвелл не только теоретически обосновал возможность существования электромагнитных волн, но и вычислил скорость их распространения в вакууме — триста тысяч километров в секунду. Вот что по этому поводу писал сам учёный в письме Уильяму Томсону: «Скорость поперечных волновых колебаний в нашей гипотетической среде, вычисленная из электромагнитных опытов Кольрауша и Вебера, столь точно совпадает со скоростью света, вычисленной из оптических опытов Физо, что мы едва ли может отказаться от вывода, что свет состоит из поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений».

Электромагнитным волнам присуще все характеристики обычных механических волн. А также те же соотношения между длиной волны, её скоростью, периодом и частотой.

image011

Как мы уже упоминали, экспериментально обнаружить электромагнитные волны удалось лишь спустя двадцать два года, после их теоретического обоснования. Впервые это удалось немецкому учёному Генриху Рудольфу Герцу.

В опытах Герца ускоренное движение заряженных частиц осуществлялось с помощью специального разрядника, состоящего из двух металлических стержней с шарами на концах (вибратор Герца). Шарам сообщались большие разноимённые заряды, в результате чего между ними происходил электрический разряд. При этом в самих стержнях возникали электрические колебания.

image012

Приёмное устройство состояло из проволочного витка с двумя шарами на концах. Приём электромагнитной волны наблюдался в виде маленькой искры, которая проскакивала между шарами.

Таким образом, Герц закончил гигантскую работу Майкла Фарадея. Максвелл превратил представления Фарадея в математические формулы, а Герц трансформировал математические образы в видимые и слышимые нами электромагнитные волны. Слушая радио или просматривая телевизионные передачи, мы должны помнить об этом человеке. Ведь не случайно единица частоты колебаний называется герцем, и совсем не случайно первыми словами, которые передал Александр Степанович Попов с помощью беспроводной связи, были «Генрих Герц».

Сегодня мы точно знаем, что всё окружающее нас пространство окутано электромагнитными волнами различных частот. Шкала длин электромагнитных волн необычайно широка, а их применение чрезвычайно многообразно.

Сейчас все электромагнитные волны распределены по длинам волн на шесть основных диапазонов. Границы этих весьма условны, потому как в большинстве случаев соседние диапазоны несколько перекрывают друг друга.

image013

Электромагнитные волны разных частот могут отличаться проникающей способностью, скоростью распространения в веществе, видимостью, цветностью и некоторыми другими свойствами. Они могут оказывать как благоприятное, так и негативное воздействие на всё живое. Например, инфракрасное или тепловое излучение играет важную роль в поддержании жизни на Земле. Видимое излучение даёт нам информацию об окружающем мире и возможность ориентироваться в пространстве. Такое хорошо всем знакомое явление, как загар, объясняется воздействием на кожу ультрафиолетового излучения — электромагнитных волн с очень малой длиной волны. Однако злоупотреблять ультрафиолетом нельзя, так как это может вызвать ожоги кожи, онкологические заболевания и тому подобное. А рентгеновское излучение широко применяется в медицине. Но и его большие дозы могут серьёзно отразиться на здоровье человека.

Получение электромагнитных волн имеет огромное научное и практическое значение. Достаточно привести пример лишь одного диапазона — радиоволн: радиосвязь и телевидение, мобильная телефонная связь и радиолокация, радиоастрономия и средства космической связи и так далее.

Источник

Adblock
detector