Електромагнітне поле 1

Електромагнітне поле - фундаментальне фізичне поле. взаємодіє з електрично зарядженими тілами. а також з тілами, що мають власні дипольні і мультипольні електричні і магнітні моменти. Являє собою сукупність електричного і магнітного полів, які можуть, за певних умов, породжувати один одного, а по суті, є однією сутністю, формализуемой через тензор електромагнітного поля.

Електромагнітне поле (і його зміна з часом) описується в електродинаміки в класичному наближенні за допомогою системи рівнянь Максвелла. При переході від однієї системи відліку до іншої електричне та 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 та магнітне поле як прояви єдиного електромагнітного поля.

1]. а також чотиривимірним електромагнітним потенціалом - в 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 з 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 поширюється в просторі, називається електромагнітної хвилею (електромагнітними хвилями) [

2]. Будь-яка електромагнітна хвиля поширюється в порожньому просторі (вакуумі) з однаковою швидкістю - швидкістю світла (світло також є електромагнітної хвилею). Залежно від довжини хвилі електромагнітне випромінювання поділяється на радіовипромінювання. світло (в тому числі інфрачервоний і ультрафіолет), рентгенівське випромінювання і гамма-випромінювання.

Відомі ще з часів античності електрику і магнетизм до початку XIX в. вважалися явищами, не пов'язаними один з одним, і розглядалися в різних розділах фізики.

У 1819 р датський фізик Г. Х. Ерстед виявив, що провідник, по якому тече електричний струм. викликає відхилення стрілки магнітного компаса, розташованого поблизу цього провідника, з чого випливало, що електричні та магнітні явища взаємопов'язані.

Французький фізик і математик А. Ампер в 1824 р дав математичний опис взаємодії провідника струму з магнітним полем (див. Закон Ампера).

У 1831 р англійський фізик М. Фарадей експериментально виявив і дав математичний опис явища електромагнітної індукції - виникнення електрорушійної сили в провіднику, що знаходиться під дією змінюється магнітного поля.

У 1864 р Дж. Максвелл створює теорію електромагнітного поля. згідно з якою електричне та магнітне поля існують як взаємопов'язані 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. поширюються в діелектричній середовищі (в тому числі, в порожнечі) з кінцевою швидкістю, яка залежить від діелектричної та 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 підтвердилося), що світло є одним з 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.

У 1887 р 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 ст. розвиток уявлень про електромагнітне поле і електромагнітне випромінювання продовжилося в рамках квантової теорії поля. основи якої були закладені великим німецьким фізиком Максом Планком. Ця теорія, в цілому завершена поруч фізиків десь у середині 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 в так звану стандартну модель в рамках концепції калібрувальних полів (електромагнітне поле є з цієї точки зору найпростішим з калібрувальних полів - Абелеві калібрувальним полем ).

Електромагнітне поле з сучасної точки зору є безмассового [

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.

Фізичні властивості електромагнітного поля і електромагнітної взаємодії - предмет вивчення електродинаміки. з класичної точки зору воно описується класичною електродинаміки. а з квантової - квантової електродинаміки. В принципі, перша є наближенням другої, помітно більш простим, але для багатьох завдань - дуже і дуже хорошим.

В рамках квантової електродинаміки електромагнітне випромінювання можна розглядати як потік фотонів. Часткою-переносником електромагнітної взаємодії є фотон (частка, яку можна уявити як елементарне квантове збудження електромагнітного поля) - безмассовий 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).

Існує теорія (що входить в Стандартну модель), яка об'єднує електромагнітне і слабке взаємодія в одне - електрослабкої. Також існують теорії, які об'єднують електромагнітне і гравітаційна взаємодія (наприклад, теорія Калуци-Клейна). Однак остання, при її теоретичних перевагах і красі, не є загальноприйнятою (в сенсі її переваги), так як експериментально не виявлено її відмінностей від простого поєднання звичайних теорій електромагнетизму і гравітації, а також теоретичних переваг в ступеня, яка змусила б визнати її особливу цінність. Це ж (в кращому випадку) можна сказати поки і про інші подібні теоріях: навіть кращі з них, щонайменше, слабо відпрацьовані, щоб вважатися цілком успішними.

Безпека електромагнітних полів

Контроль за рівнями ЕМП покладено на органи санітарного нагляду і інспекцію електрозв'язку, а на підприємствах - на службу охорони праці.

Гранично-допустимі рівні ЕМП в різних радіочастотних діапазонах різні.

1. ↑ Для вакууму, для якого формулюються фундаментальні рівняння, напруженість магнітного поля і магнітна індукція - по суті одне і те ж, хоча в деяких системах одиниць (в тому числі в СІ) можуть відрізнятися постійним множником і навіть одиницями виміру.
2. ↑ Мається на увазі поширення зі слабким спадання за інтенсивністю; в вакуумі мається на увазі спадання з відстанню від джерела повільніше, ніж спадання статичного (кулонівського) поля; плоска електромагнітна хвиля - поки наближення плоскої хвилі вірно і в нехтуванні поглинанням (або в ідеальному вакуумі) - взагалі не убуває по амплітуді, сферична - убуває повільніше, ніж відповідно напруженість або потенціал в законі Кулона.
3. ↑ Параметр m (маса) в рівнянні Клейна-Гордона для електромагнітного поля дорівнює нулю (інакше кажучи, це означає, що електромагнітний потенціал підпорядковується - в певній калібрування - просто хвильовому рівнянню. З цим пов'язаний факт, що фотон (у вакуумі) не можна - як і будь-яку безмасові частинки - зупинити, він завжди рухається з однією і тією ж швидкістю - швидкістю світла.
4. ↑ В найбільш простий інтерпретації це означає, що електромагнітне поле безпосередньо не взаємодіє саме з собою, тобто що електромагнітне не має електричного заряду. Фотон не може сам безпосередньо випроменити або поглинути інший фотон.
5. ↑ При застосуванні термінів у вузькому сенсі калібрувальними вважаються тільки векторні поля; але ми, у всякому разі, позначимо тут векторний характер електромагнітного поля явно.
6. ↑ калібрувальних електромагнітне поле є при розгляді його у взаємодії з електрично зарядженими частинками; поняття калібрувального поля завжди має на увазі подібне взаємодія (подібне в якомусь сенсі; конкретний спосіб взаємодії може помітно відрізнятися).