Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Вспомним, каким образом Максвелл объяснил явление электромагнитной индукции. Переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Если в переменном магнитном поле находится замкнутый проводник, то вихревое электрическое поле приводит в движение заряженные частицы этого проводника — так возникает индукционный ток, наблюдаемый в эксперименте.

Линии вихревого электрического поля охватывают линии магнитного поля. Если смотреть с конца вектора , то линии вихревого электрического поля идут по часовой стрелке при возрастании магнитного поля и против часовой стрелки при убывании магнитного поля. Такое направление вихревого электрического поля, напомним, задаёт направление индукционного тока в соответствии с правилом Ленца.

Таким способом Максвелл объяснил, почему в экспериментах Фарадея появлялся индукционный ток. Но затем Максвелл пошёл ещё дальше и уже без какой-либо опоры на экспериментальные данные высказал симметричную гипотезу: переменное электрическое поле порождает магнитное поле (рис. 1, 2).

Рис. 1. Симметричная гипотеза Максвелла (возрастание поля)

Линии этого магнитного поля охватывают линии переменного электрического поля и идут в другую сторону по сравнению с линиями вихревого электрического поля. Так, при возрастании электрического поля линии порождаемого магнитного поля направлены против часовой стрелки, если смотреть с конца вектора

Рис. 2. Симметричная гипотеза Максвелла (убывание поля)

Наоборот, при убывании электрического поля линии порождаемого магнитного поля идут по часовой стрелке (рис. 2, справа).

У электрического поля может быть два источника: электрические заряды и переменное магнитное поле. В первом случае линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.

Во втором случае электрическое поле является вихревым — его линии оказываются замкнутыми.

У магнитного поля также может быть два источника: электрический ток и переменное электрическое поле. При этом линии магнитного поля замкнуты в обоих случаях (оно всегда вихревое). Максвелл предположил, что оба источника магнитного поля равноправны в следующем смысле. Рассмотрим, например, процесс зарядки конденсатора (рис. 3):

Рис. 3. Магнитное поле внутри конденсатора совпадает с магнитным полем тока

В данный момент по проводам, соединяющим обкладки конденсатора, течёт ток . Заряд конденсатора увеличивается, и, соответственно, возрастает электрическое поле между обкладками. Это переменное электрическое поле порождает магнитное поле . Так вот, согласно гипотезе Максвелла магнитное поле внутри конденсатора оказывается точно таким же, как и магнитное поле тока — как если бы ток протекал в пространстве между обкладками конденсатора.

Подчеркнём ещё раз, что симметричная гипотеза Максвелла была поначалу чисто умозрительной. На тот момент не наблюдалось каких-либо неясных физических явлений, для объяснения которых потребовалась бы такая гипотеза. Лишь впоследствии (и уже после смерти Максвелла) она получила блестящее экспериментальное подтверждение. Об этом — чуть ниже.

Прежде всего, симметричная гипотеза указала на то, что электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны. Они не являются обособленными физическими объектами и всегда существуют рядом друг с другом. Если в какой-то системе отсчёта электрическое (магнитное) поле отсутствует, то в другой системе отсчёта, движущейся относительно первой, оно непременно появится.

Допустим, например, что в движущемся автомобиле покоится электрический заряд. В системе отсчёта, связанной с автомобилем, этот заряд не создаёт магнитного поля. Но относительно земли заряд движется, а любой движущийся заряд является источником магнитного поля. Поэтому наблюдатель, стоящий на земле, зафиксирует магнитное поле, создаваемое зарядом в автомобиле.

Пусть также на земле лежит магнит. Наблюдатель, стоящий на земле, регистрирует постоянное магнитное поле, создаваемое этим магнитом; коль скоро это поле не меняется со временем, никакого электрического поля в земной системе отсчёта не возникает.

Но все инерциальные системы отсчёта абсолютно равноправны, среди них нет какой-то одной привилегированной. Законы природы выглядят одинаково в любой инерциальной системе отсчёта, и никакой физический эксперимент не может отличить одну инерциальную систему отсчёта от другой (это — принцип относительности Эйнштейна, о котором пойдёт речь в листке «Принципы СТО»). Поэтому естественно считать, что электрическое поле и магнитное поле служат двумя различными проявлениями одного физического объекта — электромагнитного поля

Таким образом, в произвольной, наудачу выбранной системе отсчёта будут присутствовать обе компоненты электромагнитного поля — поле электрическое и поле магнитное. Но может случиться и так, что в некоторой системе отсчёта, специально приспособленной для данной задачи, одна из этих компонент обратится в нуль. Мы видели это в наших примерах с автомобилем.

Электромагнитное поле можно наблюдать и исследовать по его действию на заряженные частицы. Силовой характеристикой электромагнитного поля является пара векторов и — напряжённость электрического поля и индукция магнитного поля. Сила, с которой электромагнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью , равна:

Силы в правой части нам хорошо известны. Сила действует со стороны электрического поля. Она не зависит от скорости заряда.

Сила действует со стороны магнитного поля. Её направление определяется по правилу часовой стрелки или левой руки, а модуль — по формуле , где — угол между векторами и .

Теория электромагнитного поля была создана Максвеллом. Он предложил свою знаменитую систему дифференциальных уравнений (уравнений Максвелла), которые позволяют найти векторы и в любой точке заданной области пространства по известным источникам — зарядам и токам (для однозначного нахождения полей необходимо знать ещё начальные условия — значения полей в начальный момент времени, а также граничные условия — некоторые условия для полей на границе рассматриваемой области). Уравнения Максвелла легли в основу электродинамики и позволили объяснить все известные на тот момент явления электричества и магнетизма. Но мало того — уравнения Максвелла дали возможность предсказывать новые явления!

Так, среди решений уравнений Максвелла обнаружились поля с неизвестными ранее свойствами — электромагнитные волны. А именно, уравнения Максвелла допускали решения в виде электромагнитного поля, которое может распространяться в пространстве, захватывая с течением времени все новые и новые области. Скорость этого распространения конечна и зависит от среды, заполняющей пространство. Но электромагнитные волны не нуждаются ни в какой среде — они могут распространяться даже сквозь пустоту. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме совпадает со скоростью света м/с ( сам свет также является электромагнитной волной).

Это был один из удивительных случаев в физике, когда фундаментальное открытие делалось «на кончике пера» — новое явление открывалось чисто теоретически, опережая эксперимент. Опытное подтверждение пришло позже: электромагнитные волны были впервые обнаружены в опытах Герца через восемь лет после смерти Максвелла. Эти опыты подтвердили справедливость симметричной гипотезы и основанной на ней теории электромагнитного поля, построенной Максвеллом.

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими материалами. Информация на странице «Электромагнитное поле» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам. Чтобы успешно сдать нужные и поступить в ВУЗ или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими материалами из данного раздела.

Публикация обновлена: 08.07.2023

Электрические и магнитные поля

• Что делает NIEHS?
• Дополнительная литература

Введение

Электрические и магнитные поля (ЭМП) представляют собой невидимые области энергии, часто называемые излучением, которые связаны с использованием электроэнергии и различных форм естественного и искусственного освещения. ЭМП обычно группируются в одну из двух категорий по частоте:

• Неионизирующие : низкоуровневая радиация, которая обычно считается безвредной для человека
• Ионизирующее : излучение высокого уровня, которое может повредить клетки и ДНК

← Вернуться на страницу

Тип излучения	Определение	Формы излучения	Примеры исходников
Неионизирующий	Низкочастотное и среднечастотное излучение, которое обычно воспринимается как безвредное из-за недостаточной активности.	Чрезвычайно низкая частота (ELF) Радиочастота (РЧ) Микроволновые печи Оптический свет	Микроволновые печи Компьютеры Умные счетчики энергии дома Беспроводные (wi-fi) сети Сотовые телефоны Bluetooth-устройства Линии электропередач МРТ
Ионизирующий	Излучение средней и высокой частот, которое при определенных обстоятельствах может привести к повреждению клеток или ДНК при длительном воздействии.	Ультрафиолет (УФ) Рентген Гамма	Солнечный свет Рентген Некоторые гамма-лучи

Могут ли ЭМП нанести вред моему здоровью?

В течение 1990-х годов большинство исследований ЭМП было сосредоточено на воздействии чрезвычайно низких частот от обычных источников энергии, таких как линии электропередач, электрические подстанции или бытовые приборы. Хотя некоторые из этих исследований показали возможную связь между силой поля ЭМП и повышенным риском детской лейкемии, их результаты показали, что такая связь была слабой. Несколько исследований, которые были проведены на взрослых, не показывают никаких доказательств связи между воздействием ЭМП и раком у взрослых, таким как лейкемия, рак головного мозга и рак молочной железы.

Сейчас, в эпоху сотовых телефонов, беспроводных маршрутизаторов и Интернета вещей, все из которых используют ЭМП, сохраняются опасения по поводу возможных связей между ЭМП и неблагоприятными последствиями для здоровья. NIEHS признает, что необходимы дополнительные исследования, и рекомендует продолжать обучение практическим способам снижения воздействия электромагнитных полей.

Излучает ли мой мобильный телефон ЭМП?

Сотовые телефоны излучают радиочастотное излучение в нижней части спектра неионизирующего излучения. В настоящее время научные данные не убедительно связывают использование сотовых телефонов с какими-либо неблагоприятными проблемами со здоровьем человека, хотя ученые признают, что необходимы дополнительные исследования.

Национальная токсикологическая программа (NTP) со штаб-квартирой в NIEHS провела токсикологические исследования на крысах и мышах, чтобы выяснить потенциальные опасности для здоровья, включая риск рака, от воздействия радиочастотного излучения, подобного тому, которое используется в сотовых телефонах 2G и 3G. Пожалуйста, посетите веб-страницу радиочастотного излучения сотового телефона, чтобы узнать больше.

Что делать, если я живу рядом с линией электропередач?

ЭМП: электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергии Буклет

Учебный буклет NIEHS, «ЭМП: электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергии»

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

Например, по данным Всемирной организации здравоохранения в 2010 году, магнитное поле величиной 57,5 ​​мГс непосредственно рядом с линией электропередачи на 230 киловольт составляет всего 7,1 мГс на расстоянии 100 футов и 1,8 мГс на расстоянии 200 футов.0003

Для получения дополнительной информации см. образовательный буклет NIEHS «ЭМП: электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергии».

Чем занимается NIEHS?

NIEHS Research Efforts

• Отчет NIEHS о воздействии на здоровье электрических и магнитных полей частоты сети электропередач: подготовлен в ответ на Закон об энергетической политике 1992 г. (PL 102-486, раздел 2118) (751KB) — подготовлен в ответ к Закону об энергетической политике 1992 г. (PL 102-486, Раздел 2118)

Дополнительная литература

Дополнительные ресурсы

• Электромагнитные поля и рак — Национальный институт рака
• IARC классифицирует радиочастотные электромагнитные поля как потенциально канцерогенные для человека. ВОЗ/Международное агентство по изучению рака (IARC) классифицирует радиочастотные электромагнитные поля как потенциально канцерогенные для человека (группа 2B) на основании повышенного риска развития глиомы, злокачественной опухоли. тип рака мозга1, связанный с использованием беспроводного телефона.
• Радиочастотный фон — Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США
• RadTown — узнайте о радиации в вашем городе: где она есть и как она используется. Исследуйте Бербс, сельскую местность, центр города или набережную. Просто выберите и нажмите! От Агентства по охране окружающей среды США
• Безопасность и здоровье на рабочем месте Темы: ЭМП (ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ) — Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH)

Темы, связанные со здоровьем

• Радиочастотное излучение сотового телефона

1. Sermage-Faure C, Demory C, Rudant J, Goujon-Bellec S, Guyot-Goubin A, Deschamps F, Hemon D, Clavel J. Детская лейкемия вблизи высоковольтных линий электропередач — исследование Geocap, 2002 г. -2007. 2013 14 мая; 108 (9): 1899-906. doi: 10.1038/bjc.2013.128. Epub 2013 Apr 4. [Аннотация Sermage-Faure C, Demory C, Rudant J, Goujon-Bellec S, Guyot-Goubin A, Deschamps F, Hemon D, Clavel J. Детская лейкемия рядом с высоковольтными линиями электропередач — Geocap исследование, 2002-2007 гг. 2013 14 мая; 108(9)): 1899-906. doi: 10.1038/bjc.2013.128. Epub 2013 Apr 4.]

Этот контент доступен для использования на вашем веб-сайте.

Physics4Kids.com: Электричество и магнетизм: Магнитные поля

Магнитные поля — это области, в которых объект проявляет магнитное влияние. Поля воздействуют на соседние объекты вдоль так называемых силовых линий магнитного поля. Магнитный объект может притягивать или отталкивать другой магнитный объект. Вы также должны помнить, что магнитные силы НЕ связаны с гравитацией. Величина гравитации зависит от массы объекта, а магнитная сила зависит от материала, из которого сделан объект.

Если вы поместите объект в магнитное поле, он будет затронут, и эффект будет происходить вдоль силовых линий. Во многих экспериментах в классе наблюдают, как маленькие кусочки железа (Fe) выстраиваются вокруг магнитов вдоль силовых линий. Магнитные полюса — это точки, в которых начинаются и заканчиваются силовые линии магнитного поля. Силовые линии сходятся или сходятся на полюсах. Вы, наверное, слышали о полюсах Земли. Эти полюса — места, где линии поля наших планет сходятся. Мы называем эти полюса северным и южным, потому что именно там они расположены на Земле. Все магнитные объекты имеют силовые линии и полюса. Он может быть маленьким, как атом, или большим, как звезда.

Как отмечалось ранее, ток в проводах создает магнитный эффект. Вы можете увеличить силу этого магнитного поля, увеличив ток через провод. Мы можем использовать этот принцип для создания искусственных регулируемых магнитов, называемых 9.0016 электромагнитов , путем изготовления катушек из проволоки, а затем пропускания тока через катушки.

• Обзор
• Сборы
• Проводники
• Электрические поля
• Магнитные поля
• Текущий
• Сопротивление
• Закон Фарадея
• Закон Кулона
• Магниты
• Питание постоянного тока
• Питание переменного тока
• Дополнительные темы

Солнечные частицы и магнитное поле Земли (видео НАСА)

Encyclopedia.