Электромагнитное поле. Видеоурок. Физика 11 Класс

Мы разговариваем по мобильному телефону. Как передается сигнал? Как передается сигнал от космической станции, улетевшей к Марсу? В пустоте? Да, вещества может не быть, но и это не пустота, есть нечто другое, через что передается сигнал. Это нечто назвали электромагнитным полем. Это прямо не наблюдаемый, но реально существующий объект природы.

Если звуковой сигнал – это изменение параметров вещества, например воздуха (рис. 1), то радиосигнал – это изменения параметров ЭМ-поля.

Рис. 1. Распространение звуковой волны в воздухе

Слова «электрический» и «магнитный» нам понятны, мы уже изучили отдельно электрические явления (рис. 2) и магнитные явления (рис. 3), но почему тогда мы ведем речь об электромагнитном поле? Сегодня мы в этом разберемся.

Рис. 2. Электрическое поле

Рис. 3. Магнитное поле

---

 

Примеры электромагнитных явлений.

В микроволновке создаются сильные, а главное – очень быстро изменяющиеся электромагнитные поля, которые действуют на электрический заряд. А как мы знаем, в атомах и молекулах веществ содержится электрический заряд (рис. 4). Вот на него и действует электромагнитное поле, заставляя молекулы быстрее двигаться (рис. 5) – увеличивается температура и еда нагревается. Такую же природу имеют рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, видимый свет.

Рис. 4. Молекула воды является диполем

Рис. 5. Движение молекул, имеющих электрический заряд

В микроволновке электромагнитное поле сообщает веществу энергию, которая идет на нагревание, видимый свет сообщает рецепторам глаза энергию, которая идет на активацию рецептора (рис. 6), энергия ультрафиолетовых лучей идет на образование меланина в коже (появление загара, рис. 7), а энергия рентгеновских лучей заставляет чернеть пленку, на которой вы можем увидеть изображение своего скелета (рис. 8). Электромагнитное поле во всех этих случаях имеет разные параметры, поэтому и оказывает разное воздействие.

Рис. 6. Условная схема активации рецептора глаза энергией видимого света

Рис. 7. Загар кожи

Рис. 8. Почернение пленки при рентгене

Так что с электромагнитным полем мы сталкиваемся намного чаще, чем кажется, и уже давно привыкли к явлениям, которые с ним связаны.

Итак, нам известно, что электрическое поле возникает вокруг электрических зарядов (рис. 9). Здесь всё понятно.

Рис. 9. Электрическое поле вокруг электрического заряда

Если электрический заряд движется, то вокруг него, как мы изучали, возникает магнитное поле (рис. 10). Здесь уже возникает вопрос: движется электрический заряд, вокруг него есть электрическое поле, при чем здесь магнитное поле? Еще один вопрос: мы говорим «заряд движется». Но ведь движение относительно, и он может в одной системе отсчета двигаться, а в другой – покоиться (рис. 11). Значит, в одной системе отсчета магнитное поле будет существовать, а в другой нет? Но поле не должно существовать или не существовать в зависимости от выбора системы отсчета.

Рис. 10. Магнитное поле вокруг движущегося электрического заряда

Рис. 11. Относительность движения заряда

Дело в том, что есть единое электромагнитное поле, и источник у него единый – электрический заряд. Оно имеет две составляющие. Электрическое и магнитное поля – это отдельные проявления, отдельные компоненты единого электромагнитного поля, которые проявляются по-разному в разных системах отсчета (рис. 12).

Рис. 12. Проявления электромагнитного поля

Можно выбрать систему отсчета, в которой будет проявляться только электрическое поле, или только магнитное поле, или оба сразу. Однако нельзя выбрать систему отсчета, в которой и электрическая, и магнитная составляющая будет нулевой, то есть в которой электромагнитное поле перестанет существовать.

В зависимости от системы отсчета мы видим либо одну составляющую поля, либо другую, либо их вместе. Это как движение тела по окружности: если посмотреть на такое тело сверху, увидим движение по окружности (рис. 13), если со стороны – увидим колебания вдоль отрезка (рис. 14). В каждой проекции на ось координат круговое движение – это колебания.

Рис. 13. Движение тела по окружности

Рис. 14. Колебания тела вдоль отрезка

Рис. 15. Проекция круговых движений на ось координат

Другая аналогия – проецирование пирамиды на плоскость. Ее можно спроецировать в треугольник или квадрат. На плоскости это совершенно разные фигуры, но все это – пирамида, на которую смотрят с разных сторон. Но нет такого ракурса, при взгляде с которого пирамида исчезнет совсем. Она только будет выглядеть более похожей на квадрат или треугольник (рис. 16).

Рис. 16. Проекции пирамиды на плоскость

Рассмотрим проводник с током. В нем отрицательные заряды скомпенсированы положительными, электрическое поле вокруг него равно нулю (рис. 17). Магнитное поле не равно нулю (рис. 18), возникновение магнитного поля вокруг проводника с током мы рассматривали. Выберем систему отсчета, в которой электроны, образующие электрический ток, будут неподвижны. Но в этой системе отсчета относительно электронов будут двигаться положительно заряженные ионы проводника в обратную сторону: все равно возникает магнитное поле (рис. 18).

Рис. 17. Проводник с током, у которого электрическое поле равно нулю

Рис. 18. Магнитное поле вокруг проводника с током

Если бы электроны были в вакууме, в этой системе отсчета вокруг них возникало бы электрическое поле, ведь они не скомпенсированы положительными зарядами, однако магнитного поля не было бы (рис. 19).

Рис. 19. Электрическое поле вокруг электронов, находящихся в вакууме

Рассмотрим другой пример. Возьмем постоянный магнит. Вокруг него есть магнитное поле, но электрического нет. Действительно, ведь электрическое поле протонов и электронов компенсируется (рис. 20).

Рис. 20. Магнитное поле вокруг постоянного магнита

Возьмем систему отсчета, в которой магнит движется. Вокруг движущегося постоянного магнита возникнет вихревое электрическое поле (рис. 21). Как его выявить? Поместим на пути магнита металлическое кольцо (неподвижное в данной системе отсчета). В нем возникнет ток – это хорошо нам известное явление электромагнитной индукции: при изменении магнитного потока возникает электрическое поле, приводящее к движению зарядов, к появлению тока (рис. 22). В одной системе отсчета электрического поля нет, а в другой оно проявляется.

Рис. 21. Вихревое электрическое поле вокруг движущегося постоянного магнита

Рис. 22. Явление электромагнитной индукции

---

 

Магнитное поле постоянного магнита

В любом веществе электроны, которые вращаются вокруг ядра, можно представлять как маленький электрический ток, который протекает по окружности (рис. 23). Значит, вокруг него возникает магнитное поле. Если вещество не магнитится, значит, плоскости вращения электронов направлены произвольно и магнитные поля от отдельных электронов компенсируют друг друга, так как направлены хаотично.

Рис. 23. Представление вращения электронов вокруг ядра

В магнитных веществах как раз-таки плоскости вращения электронов ориентированы примерно одинаково (рис. 24). Поэтому магнитные поля от всех электронов складываются, и получается уже ненулевое магнитное поле в масштабе целого магнита.

Рис. 24. Вращение электронов в магнитных веществах

Вокруг постоянного магнита существует магнитное поле, а точнее магнитная составляющая электромагнитного поля (рис. 25). Можем ли мы найти такую систему отсчета, в которой магнитная составляющая обнуляется и магнит теряет свои свойства? Все-таки нет. И правда, электроны вращаются в одной плоскости (смотри рис. 24), в любой момент времени скорости электронов не направлены в одну и ту же сторону (рис. 26). Так что невозможно найти систему отсчета, где они все замрут и магнитное поле пропадет.

Рис. 25. Магнитное поле вокруг постоянного магнита

Рис. 26. Направленность скоростей электронов

Таким образом, электрическое и магнитное поля – это разные проявления единого электромагнитного поля. Нельзя сказать, что в конкретной точке пространства есть только магнитное или только электрическое поле. Там может быть и одно, и другое. Все зависит от системы отсчета, из которой мы рассматриваем эту точку.

Почему же мы до этого говорили отдельно об электрическом и о магнитном полях? Во-первых, так сложилось исторически: люди давно знают о магните, люди давно наблюдали наэлектризованный о янтарь мех, и никто не догадывался, что эти явления имеют одну природу. А во-вторых, это удобная модель. В задачах, где нас не интересует взаимосвязь электрической и магнитной составляющих, их удобно рассматривать отдельно. Два покоящихся заряда в данной системе отсчета взаимодействуют через электрическое поле – мы применяем к ним закон Кулона, нас не интересует, что эти же электроны могут в какой-то системе отсчета двигаться и создавать магнитное поле, и мы успешно решаем задачу (рис. 27).     

Рис. 27. Закон Кулона

Действие магнитного поля на движущийся заряд рассматривается в другой модели, и она тоже в рамках своей применимости отлично работает при решении ряда задач (рис. 28).

Рис. 28. Правило левой руки

Постараемся понять, как взаимосвязаны составляющие электромагнитного поля.

Стоит отметить, что точная связь достаточно сложна. Ее вывел британский физик Джеймс Максвелл. Он вывел знаменитые 4 уравнения Максвелла (рис. 29), которые изучаются в вузах и требуют знания высшей математики. Мы их изучать, конечно, не будем, но в нескольких простых словах разберемся, что они означают.

Рис. 29. Уравнения Максвелла

Опирался Максвелл на работы другого физика – Фарадея (рис. 30), который просто качественно описал все явления. Он делал рисунки (рис. 31), записи, которые очень помогли Максвеллу.

Рис. 30. Майкл Фарадей

Рис. 31. Рисунки Майкла Фарадея из книги «Электричество» (1852)

Фарадей открыл явление электромагнитной индукции (рис. 32). Вспомним, в чем оно заключается. Переменное магнитное поле порождает ЭДС индукции в проводнике. Иными словами, переменное магнитное поле (да, в данном случае – не электрический заряд) порождает электрическое поле. Это электрическое поле является вихревым, то есть линии его замкнуты (рис. 33).

Рис. 32. Рисунки Майкла Фарадея к опыту

Рис. 33. Возникновение ЭДС индукции в проводнике

Кроме того, мы знаем, что магнитное поле порождается движущимся электрическим зарядом. Правильнее будет сказать, что оно порождается переменным электрическим полем. При движении заряда электрическое поле в каждой точке изменяется, и это изменение порождает магнитное поле (рис. 34).

Рис. 34. Возникновение магнитного поля

Можно заметить появление магнитного поля между обкладок конденсатора. Когда он заряжается или разряжается, между пластин возникает переменное электрическое поле, что в свою очередь порождает магнитное поле. В данном случае линии магнитного поля будут лежать в плоскости, перпендикулярной линиям электрического поля (рис. 35).

Рис. 35. Появление магнитного поля между обкладок конденсатора

А теперь посмотрим на уравнения Максвелла (рис. 29), ниже дана для ознакомления небольшая их расшифровка.

Значок  – дивергенция – это математический оператор, он выделяет ту составляющую поля, которая имеет источник, то есть линии поля на чем-то начинаются и заканчиваются. Посмотрите на второе уравнение: эта составляющая магнитного поля  равна нулю : линии магнитного поля ни на чем не начинаются и не заканчиваются, магнитного заряда не существует. Посмотрите на первое уравнение: такая составляющая электрического поля  пропорциональна плотности заряда . Электрическое поле  создается электрическим зарядом .

Наиболее интересны следующих два уравнения. Значок  – ротор – это математический оператор, выделяющий вихревую составляющую поля. Третье уравнение означает, что вихревое электрическое поле  создается изменяющимся во времени  магнитным полем  ( – это производная, которая, как вы знаете из математики, означает скорость изменения магнитного поля). То есть речь идет об электромагнитной индукции.

Четвертое уравнение показывает, если не обращать внимания на коэффициенты пропорциональности: вихревое магнитное поле  создается изменяющимся  электрическом полем , а также электрическим током  ( – плотность тока). Речь идет о том, что мы хорошо знаем: магнитное поле  создается движущимся электрическим зарядом  и .

Как видите, переменное магнитное поле может порождать переменное электрическое, а переменное электрическое поле в свою очередь порождает переменное магнитное и так далее (рис. 36).

Рис. 36. Переменное магнитное поле может порождать переменное электрическое, и наоборот

В результате в пространстве может образовываться электромагнитная волна (рис. 37). Эти волны имеют разные проявления – это и радиоволны, и видимый свет, ультрафиолет и так далее. Об этом поговорим на следующих уроках.

Рис. 37. Электромагнитная волна

 

Список литературы

1. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учеб. для общеобразоват. учрежде­ний. – М.: Дрофа, 2005.
2. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2010.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет портал «studopedia.su» (Источник)
2. Интернет портал «worldofschool.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Можно ли обнаружить магнитное поле в системе отсчета, связанной с одним из равномерно движущихся электронов в потоке, который создается в кинескопе телевизора?
2. Какое поле возникает вокруг электрона, движущегося в данной системе отсчета с постоянной скоростью?
3. Какое поле можно обнаружить вокруг неподвижного янтаря, заряженного статическим электричеством? Вокруг движущегося? Ответы обоснуйте.

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?

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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:

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.

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.

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.

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.

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.

Электрическое, магнитное и электромагнитное поле

Наиболее сложные понятия, с которыми приходится сталкиваться при изучении электротехники и радиотехники, — это понятия об электрическом, магнитном и электромагнитном поле. И дело здесь, пожалуй, не в том, что электрическое или магнитное поля нельзя увидеть или потрогать рукой. Ведь мы довольно четко, хотя и упрощенно, представляем себе атом, несмотря на то что посмотреть на него не можем.

Основная трудность состоит в том, что невозможно представить себе какую-нибудь модель поля подобно тому, как мы рисуем в своем воображении упрощенную модель атома. Понятие об электрическом, магнитном и электромагнитном полях лучше всего взять из простейших опытов. Затем можно будет дополнить и развивать эти понятия, используя огромные достижения математики и физики в области изучения полей.

Электрическое поле возникает вокруг всякого электрического заряда или вокруг предмета, на котором имеется избыток зарядов какого-нибудь одного знака. Мы потерли о шерсть пластмассовую палочку дли обычную гребенку, создав на ней избыток отрицательных зарядов, и пространство вокруг гребенки приобрело какие-то особые свойства: мелкие клочки бумаги, попадая в это пространство, начинают притягиваться к ней. Каким образом наэлектризованная гребенка действует на клочки бумаги? Может быть, действие электрических сил передается через частицы окружающего воздуха?

Ни в коем случае! Если мы проделаем свой опыт в пустоте, то клочки бумаги будут так же притягиваться к гребенке, как и в воздухе или в каком-либо другом газе (рис. 25). Значит, дело здесь не в молекулах, атомах или других частицах окружающей среды. Значит, вокруг электрического заряда (в данном случае вокруг наэлектризованной гребенки) существует какое-то особое состояние пространства, какая-то особая форма материи, через которую и передается действие электрических сил. Эта особая форма материи, существующая наряду с такой известной нам формой материи, как вещество, и есть электрическое поле.

Науке уже многое известно об электрическом поле. Известно, например, что оно обладает определенной массой и запасом энергии (в нашем опыте эта энергия расходуется на перемещение к гребенке клочков бумаги). Многого об электрическом поле мы еще не знаем, однако факт его существования, подтвержденный многочисленными опытами, не может вызывать никаких сомнений.

Другая особая форма материи, существование которой также подтверждается опытами, — это магнитное поле. Магнитное поле появляется как следствие движения электрических зарядов. В этом легко убедиться, если поднести компас к проводнику, по которому течет постоянный ток (рис. 7). Под действием магнитного поля, возникающего вокруг проводника с током, стрелка компаса несколько отклонится, так же как она отклонилась бы под действием обычного магнита. Магнитное поле, как и электрическое, обладает запасом энергии (в нашем примере часть этой энергии расходуется на поворот стрелки компаса).

Электрическое и магнитное поля тесно связаны с электрическим зарядом или его движением: уберите заряд — и электрическое поле исчезнет; прекратите ток в цепи — и магнитного поля нет. Но можно получить электрическое и магнитное поля, а точнее, более сложное, электромагнитное поле, не связанное с электрическими зарядами, как бы оторванное от них.

Электромагнитное поле имеет черты как электрического поля (как говорят, имеет электрическую составляющую), так и магнитного поля (магнитная составляющая). Это значит, что электромагнитное поле могло бы при определенных условиях и поворачивать стрелку компаса, подобно магнитному полю, и перемещать электрические заряды, подобно электрическому полю. Электрическая и магнитная составляющие тесно связаны между собой, и каждая из них обладает запасом энергии, определяющим энергию всего электромагнитного поля.

Электромагнитное поле возникает при любом, даже незначительном изменении тока в проводнике. Изменяясь вместе с током, оно воздействует на соседние участки пространства, передает им свою энергию, и в этих, соседних участках также образуется электромагнитное поле. Таким образом, во все стороны от проводника, со скоростью света — 300 000 км/сек — все дальше и дальше движется волна электромагнитного поля, перенося с собой запасы энергии, которые она получила еще в месте своего возникновения.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ — это… Что такое ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ?



ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

— физ. поле, взаимодействующее с электрически заряж. частицами вещества, а также с частицами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрич. и магн. моменты.

Концепция поля для описания электрич. и магн. явлений [первонач. в форме потенциалов — С. Пуассон (S. Poisson), 1811, 1823] сложилась как альтернатива теории дальнодействия. Термин «Э. п.» стал применять М. Фарадей (М. Faraday), понимая его как реальный физ. объект, распределённый в пространстве. Дж. Максвелл (J. Maxwell) определил Э. п. как совокупность взаимосвязанных векторных полей и установил законы, к-рым они подчиняются (см. Максвелла уравнения). Однако до А. Эйнштейна (A. Einstein) (1904) Э. п. продолжали трактовать как возмущение гипотетич. среды — «светоносного эфира». Эйнштейн окончательно придал Э. п. значение самостоятельной распределённой в вакууме субстанции, обладающей собственной массой и импульсом. Он же ввёл понятие о кванте Э. п.

Сосуществуют две концепции Э. п.: классическая и квантовая. Макроскопическое (классическое) Э. п. рассматривается как непрерывное силовое поле, обладающее распределённой энергией, массой, импульсом, моментом импульса (см. Электродинамика). В квантовой физике Э. п. интерпретируют как «газ» элементарных частиц- фотонов, а распределённые векторные величины, подчиняющиеся ур-ниям поля, описывают комплексную амплитуду вероятности обнаружения фотона в данный момент времени в данной области пространства с данным поляризац. состоянием (см. Квантовая электродинамика). Согласованность этих двух противоположных, на первый взгляд, концепций объясняется тем, что фотоны имеют целый спин и подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна, т. е. способны образовывать конденсат — занимать одно и то же квантовомеханическое состояние. Конденсат большого числа фотонов определяет свойства классич. Э. п.

М. А. Миллер, Г. В. Пермитин.

Спектр электромагнитных волн

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

.

• ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
• ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ» в других словарях:

• ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ — ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, один из видов поля физического. Характеризуется напряженностями (или индукциями) электрического поля и магнитного поля. Переменное электромагнитное поле может распространяться в виде электромагнитных волн. Электромагнитное… …   Современная энциклопедия

• Электромагнитное поле — ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, один из видов поля физического. Характеризуется напряженностями (или индукциями) электрического поля и магнитного поля. Переменное электромагнитное поле может распространяться в виде электромагнитных волн. Электромагнитное… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

• электромагнитное поле — Вид материи, определяемый во всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его стороны, называемые «электрическое поле» и «магнитное поле», оказывающий силовое воздействие на электрически заряженные… …   Справочник технического переводчика

• ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ — см. (13, 15) …   Большая политехническая энциклопедия

• ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ — особая форма материи. Посредством электромагнитного поля осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Характеризуется напряженностями (или индукциями) электрических и магнитных полей …   Большой Энциклопедический словарь

• Электромагнитное поле — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

• ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ — особая форма материи, посредством к рой осуществляется вз ствие между электрически заряж. ч цами (см. ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ). Э. п. в вакууме характеризуется вектором напряжённости электрич. поля Е и магн. индукцией В, к рые определяют силы,… …   Физическая энциклопедия

• Электромагнитное поле — совокупность как переменного электрического, так и неразрывно с ним связанного магнитного поля… Источник: МСанПиН 001 96. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях.… …   Официальная терминология

• Электромагнитное поле —     Классическая электродинамика …   Википедия

• электромагнитное поле — особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Характеризуется напряжённостями (или индукциями) электрического и магнитного полей. * * * ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, особая… …   Энциклопедический словарь

Введение.

Электромагнитное поле, особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Электромагнитные явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта, то есть удовлетворяют принципу относительности.

Поле является переносчиком взаимодействия, в частности, переносчиком электромагнитных взаимодействий является электромагнитное поле. Что такое поле? Опять таки первичное понятие, невозможно его выразить более простыми словами. Надо понимать так: имеем частицу заряженную, одну единственную, и то, что создаёт частица в пространстве, это и есть электромагнитное поле. Некоторые формы этого электромагнитного поля мы видим, свет есть проявление электромагнитного поля. Другая заряженная частица погружена в это поле и взаимодействует с этим полем там, где она находится. Электромагнитное поле — это переносчик электромагнитного взаимодействия.

Электромагнитное поле (эмп).

Электромагнитное поле создается зарядами. Электромагнитное поле, особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Основными величинами, определяющими электромагнитное поле, являются вектор электрической напряженности поля Е и вектор магнитной напряженности поля Н. Эти векторы являются функциями времени и координат в пространстве, описываемых радиус-векторомr. (Трофимова Т.И. Курс физики: учебное пособие для вузов. стр. 252)

Особенностью электромагнитных волн является наличие трёх взаимно перпендикулярных векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.

По определению, электромагнитное поле — это совокупность электрических и магнитных полей, которые могут переходить друг в друга. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся магнитное — вихревое электрическое поле. Электромагнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, электромагнитное поле «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника.

Электромагнитные волны — это распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью электромагнитное поле.

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны. Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются понятием частота. Классификация электромагнитных волн по частотам приведена в таблице. (Трофимова Т.И. Курс физики: учебное пособие для вузов. стр. 253)

Наименование частотного диапазона	Границы диапазона	Наименование волнового диапазона	Границы диапазона
Крайние низкие, КНЧ	3 — 30 Гц	Декамегаметровые	100 — 10 Мм
Сверхнизкие, СНЧ	30 — 300 Гц	Мегаметровые	10 — 1 Мм
Инфранизкие, ИНЧ	0,3 — 3 кГц	Гектокилометровые	1000 — 100 км
Очень низкие, ОНЧ	3 — 30 кГц	Мириаметровые	100 — 10 км
Низкие частоты, НЧ	30 — 300 кГц	Километровые	10 — 1 км
Средние, СЧ	0,3 — 3 МГц	Гектометровые	1 — 0,1 км
Высокие частоты, ВЧ	3 — 30 МГц	Декаметровые	100 — 10 м
Очень высокие, ОВЧ	30 — 300 МГц	Метровые	10 — 1 м
Ультравысокие, УВЧ	0,3 — 3 ГГц	Дециметровые	1 — 0,1 м
Сверхвысокие, СВЧ	3 — 30 ГГц	Сантиметровые	10 — 1 см
Крайне высокие, КВЧ	30 — 300 ГГц	Миллиметровые	10 — 1 мм

( А. М. Прохоров. Физика. Большая Российская энциклопедия стр. 262)

Важная особенность электромагнитного поля — это деление его на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны.

«ближняя» зона

«Дальняя» зона

— на расстоянии от источника r <L (лябда). электромагнитное поле можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату или кубу расстояния. В «ближней» зоне излучения электромагнитная волне еще не сформирована. Для характеристики электромагнитное поле измерения переменного электрического поля и переменного магнитного поля производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение.

— это зона сформировавшейся электромагнитной волны. В «дальней» зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника. В «дальней» зоне излучения устанавливается связь между Е и Н: Е=377Н, где 377 — волновое сопротивление вакуума, Ом. Поэтому измеряется, как правило, только Е. Плотность потока энергии характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

( Татур Т.А. Основы теории электромагнитного поля стр. 164)

Значение словосочетания ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ. Что такое ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ?

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути, являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.

Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета — каждое зависит от обоих — электрического и магнитного — в старой, и это ещё одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.

В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компонента напряжённости электрического поля и три компонента напряжённости магнитного поля (или — магнитной индукции), а также четырёхмерным электромагнитным потенциалом — в определённом отношении ещё более важным.

Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца.

Квантовые свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (а также квантовые поправки к классическому приближению) — предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств электромагнитного поля более или менее удовлетворительно описывается упрощённой квантовой теорией, исторически возникшей заметно раньше.

Возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве, называется электромагнитной волной (электромагнитными волнами). Любая электромагнитная волна распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью — скоростью света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины волны электромагнитное излучение подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе инфракрасный и ультрафиолет), рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Электромагнитные теории сознания — Википедия

Электромагнитная теория сознания — теория, утверждающая что электромагнитное поле, производимое мозгом, есть фактический носитель сознательного опыта.

Первоначально была предложена Джонджо Макфадденом, Сьюзен Покетт и E. Рой Джоном. Отправной точкой теории является тот факт, что всякий раз, когда нейрон возбуждается, чтобы произвести потенциал действия, он также производит возмущение в окружающем электромагнитном поле (ЭМП).

Информация, закодированная в паттернах возбужденных нейронов, таким образом, отражается в ЭМП мозга.

Размещение сознания в ЭМП мозга, а не в нейронах, имеет преимущество четкого объяснения того, как информация, размещенная в миллионах нейронов рассеянных всюду в мозгу, может быть объединена в единый сознательный опыт (иногда называемый проблемой объединения): информация объединена в ЭМП.

Таким образом, ЭМП сознания, можно полагать, является «объединителем информации». Эта теория иначе объясняет несколько озадачивающих фактов, например, как выяснилось, внимание и понимание имеют тенденцию быть коррелированными с синхронным возбуждением множества нейронов, а не с возбуждением индивидуальных нейронов.

Когда нейроны возбуждаются вместе, их ЭМП производят более сильные возмущения общего ЭМ поля мозга; таким образом, синхронное нейронное возбуждение будет иметь тенденцию большего воздействия на ЭМП мозга (и таким образом на сознание), чем возбуждение индивидуальных нейронов.

Различные ЭМП-теории расходятся относительно влияния предложенного ЭМП сознания на функции мозга.

В CEMI полевой теории Макфаддена, глобальное ЭМП мозга влияет на перемещение электрических зарядов через нейронные мембраны и, таким образом, влияет на вероятность того, что отдельные нейроны будут возбуждаться, обеспечивая петлю обратной связи, которая управляет свободной волей.

Однако в теориях Сьюзен Покетт и E. Рой Джона нет никакой причинной связи между ЭМП сознания и нашими сознательно желаемыми действиями.

Если теория верна, то это имеет первостепенное значение для усилий по воплощению сознания в машинах с искусственным интеллектом, поскольку существующие микропроцессорные технологии созданы таким образом, чтобы передавать информацию линейно по электрическим каналам, а более общие электромагнитные эффекты рассматриваются как помехи и подавляются.

Первые эксперименты по физическому воплощению электромагнитной теории сознания проведены российской исследовательской группой. Исследователи сообщили о создании необходимых компонентов аппаратных средств ЭВМ для реализации «электромагнитного сознания», основанного на CEMI теории Джонджо МакФаддена. В частности, сотрудниками кафедры Экспериментальной физики Уральского государственного технического университета — УПИ, К. Н. Шевченко, Н. В. Шевченко, Б. В. Шульгиным создана модель нейронной сети на нейронах (ЭМ-нейронах) с дополнительными каналами обмена информации посредством электромагнитного поля (ЭМП). Разработка защищена патентом (Патент RU 2309457 C1, МПК G06N 3/06, G06G 7/60. Модель нейронной сети. Заявлено 06.05.2006; Опубликовано 27.10.2007; Бюллетень № 30).

Дополнительные каналы взаимодействия посредством ЭМП технически реализованы особой конструкцией аксона искусственного нейрона в виде цепочки последовательно включенных радиоимпульсных автогенераторов со схемами самогашения и схем выделения огибающей радиоимпульса. Идеология работы сети из ЭМ-нейронов во многом совпадает с CEMI теорией Джонджо Макфаддена, отличие заключается в механизме конкретной реализации процесса обмена информации между нейронами посредством ЭМП.

ЭМ-нейрон имеет большее функциональное сходство с биологическим прототипом по сравнению с известными моделями и выполняет функции обработки информации, свойственные биологическому нейрону. За исключением факта излучения и приема электромагнитных колебаний (новизна изобретения), работа ЭМ-нейрона не противоречит известным моделям биоподобных искусственных нейронов и соответствует наблюдаемым процессам в нейрофизиологии.

Исследования малоразмерной сети из 3-х ЭМ-нейронов показали, что ЭМ-нейроны способны конкурировать друг с другом за источники питания. В результате конкуренции происходит самоорганизация нейронной сети — хаотические режимы сменяются синхронными, демонстрируя паттерны со сложными временными кодами.

Вопрос о самозарождении сознания в сети с такой архитектурой остается открытым, поскольку исследования продолжаются.