В чем измеряются электрические и магнитные величины?
В чем измеряются электрические и магнитные величины?
Oпределение: Измерение — это процесс определения физической величины с помощью технических средств.
Мера — это средство измерения физической величины заданного размера.
Измерительный прибор — это средство измерения, в котором вырабатывается сигнал, доступный для восприятия наблюдателем.
Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие.
Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих средств измерений.
Рабочие меры и приборы служат для практических измерений.
Что такое электромагнитные поля?
Определения и источники
Электрические поля возникают за счет разницы напряжений: чем больше электрическое напряжение, тем более сильным будет возникающее поле. Магнитные поля возникают там, где проходит электрический ток: чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле. Электрическое поле есть даже при отсутствии электрического тока. Если имеется электрический ток, то сила магнитного поля будет меняться в зависимости от расхода электроэнергии, а сила электрического поля остается при этом постоянной.
(Выдержка из брошюры «Электромагнитные поля», опубликованной Европейским региональным бюро ВОЗ в 1999 г. (серия справочных брошюр для местных органов власти по вопросам здоровья и окружающей среды; 32).
Природные источники электромагнитных полей
Электромагнитные поля (ЭМП) окружают нас повсюду, оставаясь при этом невидимыми человеческому глазу. Электрические поля образуются при возникновении в атмосфере электрических зарядов, вызванных грозой. Магнитное поле Земли заставляет иглу компаса всегда указывать направление «север–юг» и помогает птицам и рыбам ориентироваться в пространстве.
Антропогенные (искусственные) источники электромагнитных полей
Помимо ЭМП, возникающих за счет природных источников, в спектре электромагнитных полей есть и те, которые создаются антропогенными источниками: например, рентгеновские лучи, используемые для диагностирования переломов конечностей в результате спортивных травм. Электричество в каждой штепсельной розетке ведет к образованию сопутствующих ЭМП низкой частоты. Различные радиоволны более высокой частоты используются для передачи информации при помощи ТВ антенн, радиостанций или базовых станций мобильной связи.
Базовая информация о длине и частоте волн
Что лежит в основе различий между электромагнитными полями?
Одна из основных характеристик электромагнитного поля – это его частота или соответствующая длина волны. Поля различной частоты воздействуют на организм по-разному. Вы можете попытаться представить электромагнитные волны в виде череды регулярно повторяющихся волн огромной скорости, равной скорости света. Частота – это показатель, который просто указывает число колебаний или циклов в секунду, а термин «длина волны» используется для определения расстояния между следующими одна за другой волнами. Следовательно, длина и частота волны тесно взаимосвязаны: чем выше частота, тем короче длина волны.
Проведение простого сравнения поможет лучше проиллюстрировать вышеизложенное: привяжите длинную веревку к дверной ручке, а свободный конец веревки держите в руке. Если вы будете медленно поднимать и опускать руку с веревкой, то образуется одна большая волна; если же движения будут более быстрыми, то это приведет к возникновению целой серии небольших волн. Длина веревки при этом остается постоянной, а значит, чем больше волн вы создадите (то есть, волн более высокой частоты), тем меньше будет расстояние между ними (то есть, длина волны будет короче).
В чем разница между неионизирующими электромагнитными полями и ионизирующим излучением?
Длина и частота волны определяют и другую важную характеристику электромагнитных полей: электромагнитные волны (колебания) переносятся частицами, называемыми квантами. Кванты волн более высокой частоты (и более короткой длины) переносят больше энергии, чем поля более низкой чистоты (с более длинной волной). Некоторые электромагнитные волны несут такое огромное количество энергии в расчете на один квант, что они способны разорвать связи, удерживающие молекулы между собой. В электромагнитном спектре таким свойством обладают излучаемые радиоактивными веществами гамма-лучи, космические и рентгеновские лучи. Все они характеризуются как «ионизирующее излучение». Те поля, кванты которых не в состоянии разорвать связи, удерживающие молекулы между собой, называют «неионизирующим излучением». Антропогенные источники электромагнитных полей, в значительной степени определяющие жизнь в индустриальном обществе (электричество, микроволны, а также радиоволны), находятся в той части электромагнитного спектра, который характеризуется относительно длинными и низкочастотными волнами, а значит, их кванты не в состоянии разорвать химические связи.
Электромагнитные поля низких частот
Электрические поля существуют повсюду, где есть положительный или отрицательный электрический заряд. Они с силой воздействуют на другие заряды внутри поля. Сила электрического поля измеряется в вольтах на метр (В/м). Любой электрический провод, находящийся под напряжением, будет создавать сопутствующее электрическое поле, которое будет существовать даже при отсутствии тока. Чем выше напряжение, тем сильнее электрическое поле на заданном расстоянии от провода.
Наиболее сильными являются электрические поля в непосредственной близости от источника заряда или провода под напряжением, а по мере удаления от них сила электрических полей быстро уменьшается. Проводники, например, металлы, являются очень эффективной защитой от электрических полей. Другие материалы, например строительные материалы или деревья, обеспечивают некоторую защиту. Таким образом, сила электрических полей, образующихся от линий электропередач вне пределов дома, снижается за счет стен, зданий и деревьев. Если линии электропередач проложены под землей, электрические поля на поверхности едва определяются.
Магнитные поля возникают вокруг движущихся электрических зарядов. Сила магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м); однако вместо этого, при исследовании электромагнитных полей, ученые обычно указывают «родственный» количественный показатель – единицу измерения индукции магнитного поля (микротесла, мкТл). В отличие от электрических полей, магнитные поля возникают лишь при включении приборов и наличии тока. Чем сильнее электрический ток, тем сильнее магнитное поле.
Как и электрические поля, магнитные поля наиболее сильны в непосредственной близости от их источника, а по мере удаления от него, они ослабевают. Обычные материалы, например стены зданий, не являются препятствием для магнитных полей.
Электрические поля
Магнитные поля
Электрические поля
Включение провода от прибора в розетку создает электрические поля в воздухе вокруг прибора. Чем выше напряжение, тем сильнее создаваемое поле. Поскольку напряжение существует даже при отсутствии электрического тока, совсем не обязательно включать электробытовой прибор, чтобы в помещении, где он находится, образовалось электрическое поле.
Магнитные поля
Магнитные поля возникают только при наличии электрического тока. В этом случае в помещении одновременно есть и магнитное, и электрическое поле. Чем выше сила тока, тем сильнее магнитное поле. Высокое напряжение используется для передачи и распределения электричества, в то время как относительно низкое напряжение используется в домашних условиях. Напряжение в оборудовании для передачи электроэнергии меняется изо дня в день незначительно, а вот сила тока в линиях электропередач меняется в зависимости от потребления энергии.
Электрические поля вокруг провода бытового электроприбора пропадают лишь в том случае, если вилка прибора вытащена из розетки или на уровне стены отключено электричество. Однако эти поля по-прежнему будут существовать вокруг кабеля за стеной.
Чем статические поля отличаются от изменяющихся во времени полей?
Статическое поле не меняется со временем. Постоянный ток – это электрический ток только в одном направлении. В любом приборе, работающем от аккумуляторной батареи, ток движется от батареи к прибору и затем обратно в батарею. Такой ток создает статическое магнитное поле. Магнитное поле Земли также является статическим. Аналогично статическое магнитное поле возникает вокруг стержневого электромагнита, в чем можно наглядно убедиться, глядя на узоры, образующиеся при распылении железных опилок вокруг такого магнита.
Электромагнитные поля, изменяющиеся во времени, образуются при переменном токе. Переменный ток с течением времени в определенной закономерности меняет свое направление на обратное. В большинстве европейских стран переменный ток с частотой 50 Гц 50 раз в секунду меняет свое направление. Аналогичным образом сопутствующее электромагнитное поле изменяет свое направление 50 раз в секунду. В странах Северной Америки используется ток с частотой 60 Гц.
Основные источники полей низкой, средней и высокой частоты
Изменяющиеся во времени электромагнитные поля, создаваемые электроприборами, – это пример полей крайне низкой частоты (КНЧ). Обычно они имеют частоту до 300 Гц. Другая техника создает поля средней частоты (СЧ) – от 300 Гц до 10 МГц и радиочастотные поля (РЧ) – от 10 МГц до 300 ГГц. Воздействие ЭМП на организм человека зависит не только от уровня поля, но и от его частоты и энергии.
Поступающее в наши дома сетевое электричество и все бытовые электроприборы являются основными источниками полей КНЧ; компьютерные мониторы, противоугонные устройства и оборудование для защиты от краж, а также системы безопасности являются основными источниками полей СЧ; радио, телевизоры, антенны радаров и сотовых телефонов, микроволновые печи – это основные источники РЧ полей. Такие поля индуцируют электрические токи внутри организма человека, которые могут вызывать ряд неблагоприятных эффектов, например, нагревание внутренних тканей организма и электрический шок. Все зависит от их амплитуды и частоты. (Однако, чтобы вызвать такие последствия, поля вне человеческого организма должны быть очень сильными, гораздо сильнее тех, что имеются в обычной окружающей среде.)
Электромагнитные поля высокой частоты
Мобильные телефоны, теле- и радиопередающие станции и радары создают РЧ поля. Эти поля используются для передачи информации на большие расстояния и являются основой для телекоммуникаций, радио- и ТВ-вещания во всем мире. Микроволновые поля – это РЧ поля высокой частоты в диапазоне ГГц. В микроволновых печах такие поля используются для быстрого подогревания пищи.
В радиочастотном диапазоне электрические и магнитные поля тесно взаимосвязаны, и мы, как правило, измеряем их уровни как плотность мощности – в ваттах на квадратный метр (Вт/м 2 ).
