Характеристика электромагнитных полей и принципы их классификации

Характеристика электромагнитных полей 

Для описания электромагнитной обстановки в науке используют три связанных понятия: электрическое поле, магнитное поле и электромагнитное поле. Между ними существует тесная зависимость. Электрическое поле создаётся электрическими зарядами, тогда как магнитное появляется при перемещении этих зарядов вдоль проводника. Само же электромагнитное поле - это особая разновидность материи, через которую осуществляется взаимодействие между частицами, несущими электрический заряд.

Как формируются электромагнитные поля

Электрические и магнитные явления стали предметом научного изучения сравнительно поздно - менее двух столетий назад. Их открытие положило начало новой области физики, получившей название электродинамики. До этого момента физику фактически отождествляли с механикой, и в научном сообществе господствовало механистическое мировоззрение. Появление электродинамики оказалось одним из первых свидетельств того, что устройство мира заметно сложнее, чем считалось ранее.

Физическая природа возникновения поля сводится к взаимному порождению его составляющих. Меняющееся во времени электрическое поле создаёт магнитное, а изменяющееся магнитное, в свою очередь, формирует вихревое электрическое. Так обе составляющие, непрерывно преобразуясь, поддерживают и возбуждают друг друга.

Если заряженные частицы неподвижны или движутся равномерно, порождённое ими поле неотделимо от самих частиц. Однако при движении с ускорением поле способно «оторваться» от источника и существовать самостоятельно - уже в форме электромагнитных волн, которые сохраняются даже после исчезновения первоисточника.

Основные свойства электромагнитных полей

Электромагнитные волны прежде всего описываются длиной волны. Источник, генерирующий колебания, характеризуется их частотой. Ещё одно значимое свойство поля - его деление на две области: так называемые «ближнюю» и «дальнюю» зоны.

В «ближней» зоне, которую также называют зоной индукции, поле можно рассматривать как квазистатическое. Здесь оно стремительно ослабевает по мере удаления от источника, а полноценные электромагнитные волны ещё не сформированы. Электрическую и магнитную составляющие в этой области оценивают по отдельности.

«Дальняя» зона отличается уже окончательно сложившейся электромагнитной волной. Интенсивность поля в ней уменьшается обратно пропорционально расстоянию до источника. Между электрической и магнитной составляющими здесь действует устойчивая взаимосвязь, поэтому достаточно измерить лишь электрическое поле, а магнитное затем вычислить расчётным путём.

На частотах свыше 300 МГц дополнительно определяют плотность потока электромагнитной энергии - вектор Пойтинга. Эта величина показывает, сколько энергии переносит волна за единицу времени сквозь единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению её распространения.

Частотная классификация волн

В основе классификации электромагнитных полей лежит частота колебаний. По этому признаку волны разбивают на 12 категорий - от крайне низких, охватывающих диапазон от 3 до 30 Гц, до гипервысоких в пределах 300-3000 Гц.

Откуда возникают электромагнитные поля

Перечень основных источников электромагнитного излучения включает следующие объекты:

• транспортные средства, приводимые в действие электродвигателями;
• линии электропередач;
• электропроводка - как внутренняя, так и наружная;
• бытовая электротехника;
• работающие теле- и радиостанции, то есть функционирующие антенны;
• системы спутниковой и сотовой связи;
• радары;
• компьютеры и сходные устройства - ноутбуки, планшеты и прочее, особенно при подключении к сети Интернет.

Мощность полей, создаваемых техногенными объектами, крайне непостоянна. Нагрузка на сами источники может многократно меняться в течение суток, а также колебаться по сезонам - в зависимости от режима их эксплуатации. От этого, наряду с силой протекающего через источник тока, зависит и дальность, на которую распространяется поле. Понимание этих закономерностей помогает оценивать масштабы электромагнитного загрязнения и разрабатывать меры защиты.