Тема: "Електромагнітне поле"
Електромагнітне поле - фундаментальне фізичне поле, що взаємодіє з електрично зарядженими тілами, представимое як сукупність електричного і магнітного полів, які можуть за певних умов породжувати один одного.
Електромагнітне поле (і його зміна з часом) описується в електродинаміки в класичному наближенні за допомогою системи рівнянь Максвелла. При переході від однієї інерціальної системи відліку до іншої електричне і магнітне поле в новій системі відліку - кожне залежить від обох - електричного і магнітного - в старій, і це ще одна з причин, що змушує розглядати електричне і магнітне поле як прояви єдиного електромагнітного поля.
У сучасній формулюванні електромагнітне поле представлено тензором електромагнітного поля, компонентами якого є три компоненти напруженості електричного поля і три компоненти напруженості магнітного поля (або - магнітної індукції), а також чотиривимірним електромагнітним потенціалом - у певному відношенні ще більш важливим.
Дія електромагнітного поля на заряджені тіла описується в класичному наближенні за допомогою сили Лоренца.
Квантові властивості електромагнітного поля і його взаємодії із зарядженими частинками (а також квантові поправки до класичного наближенню) - предмет квантової електродинаміки, хоча частина квантових властивостей електромагнітного поля більш-менш задовільно описується спрощеної квантової теорії, історично виникла помітно раніше.
Обурення електромагнітного поля, що розповсюджується в просторі, називається електромагнітної хвилею (електромагнітними хвилями). Будь електромагнітна хвиля поширюється в порожньому просторі (вакуумі) з однаковою швидкістю - швидкістю світла (світло також є електромагнітної хвилею). Залежно від довжини хвилі електромагнітне випромінювання підрозділяється на радіовипромінювання, світло (у тому числі інфрачервоний і ультрафіолет), рентгенівське випромінювання і гамма-випромінювання.
1. Історія відкриття
До початку XIX ст. електрику і магнетизм вважалися явищами, не пов'язаними один з одним, і розглядалися в різних розділах фізики.
В 1819 датський фізик Г. Х. Ерстед виявив, що провідник, по якому тече електричний струм, викликає відхилення стрілки магнітного компаса, з чого випливало, що електричні і магнітні явища взаємопов'язані.
Французький фізик і математик А. Ампер в 1824 р. дав математичний опис взаємодії провідника струму з магнітним полем .
В 1831 англійський фізик М. Фарадей експериментально виявив і дав математичний опис явища електромагнітної індукції - виникнення електрорушійної сили у провіднику, що знаходиться під дією магнітного поля змінюється.
В 1864 Дж. Максвелл створює теорію електромагнітного поля, згідно з якою електричне і магнітне поля існують як взаємозалежні складові єдиного цілого - електромагнітного поля. Ця теорія з єдиної точки зору пояснювала результати всіх попередніх досліджень в області електродинаміки, і, крім того, з неї випливало, що будь-які зміни електромагнітного поля повинні породжувати електромагнітні хвилі, що поширюються в діелектричної середовищі (в тому числі, в порожнечі) з кінцевою швидкістю, що залежить від діелектричної і магнітної проникності цього середовища. Для вакууму теоретичне значення цієї швидкості було близько до експериментальним вимірам швидкості світла, отриманим на той момент, що дозволило Максвеллу висловити припущення (згодом підтвердилася), що світло є одним із проявів електромагнітних хвиль.
Теорія Максвелла вже при своєму виникненні дозволила ряд принципових проблем електромагнітної теорії, передбачивши нові ефекти і давши надійну і ефективну математичну основу опису електромагнітних явищ. Однак за життя Максвелла найбільш яскраве передбачення його теорії - пророкування існування електромагнітних хвиль - не отримало прямих експериментальних підтверджень.
В 1887 німецький фізик Г. Герц поставив експеримент, повністю підтвердив теоретичні висновки Максвелла. Його експериментальна установка складалася з знаходяться на деякій відстані один від одного передавача і приймача електромагнітних хвиль, і фактично представляла собою історично першу систему радіозв'язку, хоча сам Герц не бачив ніякого практичного застосування свого відкриття, і розглядав його виключно як експериментальне підтвердження теорії Максвелла.
У XX в. розвиток уявлень про електромагнітне поле і електромагнітному випромінюванні продовжилося в рамках квантової теорії поля, основи якої були закладені великим німецьким фізиком Максом Планком. Ця теорія, в цілому завершена поруч фізиків близько середини XX століття, виявилася однією з найбільш точних фізичних теорій, що існують на сьогоднішній день.
У другій половині XX століття (квантова) теорія електромагнітного поля і його взаємодії була включена в єдину теорію електрослабкої взаємодії і нині входить до так званої стандартну модель в рамках концепції калібрувальних полів (електромагнітне поле є з цієї точки зору найпростішим з калібрувальних полів - абелевих калібрувальним полем).
2. Класифікація
Електромагнітне поле з сучасної точки зору є безмасові, абелева, векторне, каліброване поле. Його калібрувальна група - група U (1).
Серед відомих (не гіпотетичних) фундаментальних полів електромагнітне поле - єдине, що відноситься до зазначеного типу. Всі інші поля такого ж типу (які можна розглядати, принаймні, чисто теоретично) - (були б) повністю еквівалентні електромагнітного поля, за винятком, можливо, констант.
3. Фізичні властивості
Фізичні властивості електромагнітного поля та електромагнітного взаємодії - предмет вивчення електродинаміки, з класичної точки зору воно описується класичної електродинаміки, а з квантової - квантової електродинаміки. В принципі, перша є наближенням другої, помітно більш простим, але для багатьох завдань - дуже і дуже хорошим.
У рамках квантової електродинаміки електромагнітне випромінювання можна розглядати як потік фотонів. Часткою-переносником електромагнітної взаємодії є фотон (частка, яку можна представити як елементарне квантове збудження електромагнітного поля) - безмасові векторний бозон. Фотон також називають квантом електромагнітного поля (маючи на увазі, що сусідні з енергії стаціонарні стану вільного електромагнітного поля з певною частотою і хвильовим вектором розрізняються на один фотон).
Електромагнітна взаємодія - це один з основних видів дальнодействующих фундаментальних взаємодій, а електромагнітне поле - одне з фундаментальних полів.
Існує теорія (що входить в Стандартну модель), що об'єднує електромагнітне і слабке взаємодія в одне - електрослабкої. Також існують теорії, які об'єднують електромагнітне і гравітаційне взаємодія (наприклад, теорія Калуци-Клейна). Однак остання, при її теоретичних достоїнства і красу, не є загальноприйнятою (у сенсі її переваги), так як експериментально не виявлено її відмінностей від простого поєднання звичайних теорій електромагнетизму і гравітації, як і теоретичних переваг в ступені, що змусила б визнати її особливу цінність. Це ж (у кращому випадку) можна сказати поки і про інші подібні теоріях: навіть найкращі з них щонайменше недостатньо розроблені, щоб вважатися цілком успішними.
Електромагнітні хвилі у вакуумі є поперечними.
4. Безпека електромагнітних полів
У зв'язку з дедалі більшим поширенням джерел ЕМП в побуті ( СВЧ -печі, мобільні телефони, теле-радіомовлення) і на виробництві (обладнання ТВЧ, радіозв'язок), велике значення набувають нормування рівнів ЕМП і вивчення можливого впливу ЕМП на людину. Нормування рівнів ЕМП проводиться окремо для робочих місць і санітарно-сельбищної зони.
Контроль за рівнями ЕМП покладено на органи санітарного нагляду та інспекцію електрозв'язку, а на підприємствах - на службу охорони праці.
Гранично-допустимі рівні ЕМП в різних радіочастотних діапазонах різні.
Електромагнітне поле - фундаментальне фізичне поле, що взаємодіє з електрично зарядженими тілами, представимое як сукупність електричного і магнітного полів, які можуть за певних умов породжувати один одного.
Електромагнітне поле (і його зміна з часом) описується в електродинаміки в класичному наближенні за допомогою системи рівнянь Максвелла. При переході від однієї інерціальної системи відліку до іншої електричне і магнітне поле в новій системі відліку - кожне залежить від обох - електричного і магнітного - в старій, і це ще одна з причин, що змушує розглядати електричне і магнітне поле як прояви єдиного електромагнітного поля.
У сучасній формулюванні електромагнітне поле представлено тензором електромагнітного поля, компонентами якого є три компоненти напруженості електричного поля і три компоненти напруженості магнітного поля (або - магнітної індукції), а також чотиривимірним електромагнітним потенціалом - у певному відношенні ще більш важливим.
Дія електромагнітного поля на заряджені тіла описується в класичному наближенні за допомогою сили Лоренца.
Квантові властивості електромагнітного поля і його взаємодії із зарядженими частинками (а також квантові поправки до класичного наближенню) - предмет квантової електродинаміки, хоча частина квантових властивостей електромагнітного поля більш-менш задовільно описується спрощеної квантової теорії, історично виникла помітно раніше.
Обурення електромагнітного поля, що розповсюджується в просторі, називається електромагнітної хвилею (електромагнітними хвилями). Будь електромагнітна хвиля поширюється в порожньому просторі (вакуумі) з однаковою швидкістю - швидкістю світла (світло також є електромагнітної хвилею). Залежно від довжини хвилі електромагнітне випромінювання підрозділяється на радіовипромінювання, світло (у тому числі інфрачервоний і ультрафіолет), рентгенівське випромінювання і гамма-випромінювання.
1. Історія відкриття
До початку XIX ст. електрику і магнетизм вважалися явищами, не пов'язаними один з одним, і розглядалися в різних розділах фізики.
В 1819 датський фізик Г. Х. Ерстед виявив, що провідник, по якому тече електричний струм, викликає відхилення стрілки магнітного компаса, з чого випливало, що електричні і магнітні явища взаємопов'язані.
Французький фізик і математик А. Ампер в 1824 р. дав математичний опис взаємодії провідника струму з магнітним полем .
В 1831 англійський фізик М. Фарадей експериментально виявив і дав математичний опис явища електромагнітної індукції - виникнення електрорушійної сили у провіднику, що знаходиться під дією магнітного поля змінюється.
В 1864 Дж. Максвелл створює теорію електромагнітного поля, згідно з якою електричне і магнітне поля існують як взаємозалежні складові єдиного цілого - електромагнітного поля. Ця теорія з єдиної точки зору пояснювала результати всіх попередніх досліджень в області електродинаміки, і, крім того, з неї випливало, що будь-які зміни електромагнітного поля повинні породжувати електромагнітні хвилі, що поширюються в діелектричної середовищі (в тому числі, в порожнечі) з кінцевою швидкістю, що залежить від діелектричної і магнітної проникності цього середовища. Для вакууму теоретичне значення цієї швидкості було близько до експериментальним вимірам швидкості світла, отриманим на той момент, що дозволило Максвеллу висловити припущення (згодом підтвердилася), що світло є одним із проявів електромагнітних хвиль.
Теорія Максвелла вже при своєму виникненні дозволила ряд принципових проблем електромагнітної теорії, передбачивши нові ефекти і давши надійну і ефективну математичну основу опису електромагнітних явищ. Однак за життя Максвелла найбільш яскраве передбачення його теорії - пророкування існування електромагнітних хвиль - не отримало прямих експериментальних підтверджень.
В 1887 німецький фізик Г. Герц поставив експеримент, повністю підтвердив теоретичні висновки Максвелла. Його експериментальна установка складалася з знаходяться на деякій відстані один від одного передавача і приймача електромагнітних хвиль, і фактично представляла собою історично першу систему радіозв'язку, хоча сам Герц не бачив ніякого практичного застосування свого відкриття, і розглядав його виключно як експериментальне підтвердження теорії Максвелла.
У XX в. розвиток уявлень про електромагнітне поле і електромагнітному випромінюванні продовжилося в рамках квантової теорії поля, основи якої були закладені великим німецьким фізиком Максом Планком. Ця теорія, в цілому завершена поруч фізиків близько середини XX століття, виявилася однією з найбільш точних фізичних теорій, що існують на сьогоднішній день.
У другій половині XX століття (квантова) теорія електромагнітного поля і його взаємодії була включена в єдину теорію електрослабкої взаємодії і нині входить до так званої стандартну модель в рамках концепції калібрувальних полів (електромагнітне поле є з цієї точки зору найпростішим з калібрувальних полів - абелевих калібрувальним полем).
2. Класифікація
Електромагнітне поле з сучасної точки зору є безмасові, абелева, векторне, каліброване поле. Його калібрувальна група - група U (1).
Серед відомих (не гіпотетичних) фундаментальних полів електромагнітне поле - єдине, що відноситься до зазначеного типу. Всі інші поля такого ж типу (які можна розглядати, принаймні, чисто теоретично) - (були б) повністю еквівалентні електромагнітного поля, за винятком, можливо, констант.
3. Фізичні властивості
Фізичні властивості електромагнітного поля та електромагнітного взаємодії - предмет вивчення електродинаміки, з класичної точки зору воно описується класичної електродинаміки, а з квантової - квантової електродинаміки. В принципі, перша є наближенням другої, помітно більш простим, але для багатьох завдань - дуже і дуже хорошим.
У рамках квантової електродинаміки електромагнітне випромінювання можна розглядати як потік фотонів. Часткою-переносником електромагнітної взаємодії є фотон (частка, яку можна представити як елементарне квантове збудження електромагнітного поля) - безмасові векторний бозон. Фотон також називають квантом електромагнітного поля (маючи на увазі, що сусідні з енергії стаціонарні стану вільного електромагнітного поля з певною частотою і хвильовим вектором розрізняються на один фотон).
Електромагнітна взаємодія - це один з основних видів дальнодействующих фундаментальних взаємодій, а електромагнітне поле - одне з фундаментальних полів.
Існує теорія (що входить в Стандартну модель), що об'єднує електромагнітне і слабке взаємодія в одне - електрослабкої. Також існують теорії, які об'єднують електромагнітне і гравітаційне взаємодія (наприклад, теорія Калуци-Клейна). Однак остання, при її теоретичних достоїнства і красу, не є загальноприйнятою (у сенсі її переваги), так як експериментально не виявлено її відмінностей від простого поєднання звичайних теорій електромагнетизму і гравітації, як і теоретичних переваг в ступені, що змусила б визнати її особливу цінність. Це ж (у кращому випадку) можна сказати поки і про інші подібні теоріях: навіть найкращі з них щонайменше недостатньо розроблені, щоб вважатися цілком успішними.
Електромагнітні хвилі у вакуумі є поперечними.
4. Безпека електромагнітних полів
У зв'язку з дедалі більшим поширенням джерел ЕМП в побуті ( СВЧ -печі, мобільні телефони, теле-радіомовлення) і на виробництві (обладнання ТВЧ, радіозв'язок), велике значення набувають нормування рівнів ЕМП і вивчення можливого впливу ЕМП на людину. Нормування рівнів ЕМП проводиться окремо для робочих місць і санітарно-сельбищної зони.
Контроль за рівнями ЕМП покладено на органи санітарного нагляду та інспекцію електрозв'язку, а на підприємствах - на службу охорони праці.
Гранично-допустимі рівні ЕМП в різних радіочастотних діапазонах різні.
Комментариев нет:
Отправить комментарий