Электромагнитное поле¶

Электромагнитное поле — особый вид материи, представляющий собой фундаментальное физическое поле, существующее в пространстве и переносящее электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами и токами. Оно описывается двумя взаимосвязанными векторными полями — электрическим и магнитным, которые при изменении порождают друг друга. Электромагнитное поле распространяется в вакууме со скоростью света (около 299 792 458 м/с) и квантуется в виде фотонов.

¶Физическая природа

Электромагнитное поле возникает вокруг любого электрически заряженного тела и вокруг проводников с током. В отличие от силы тяжести, которое действует мгновенно, электромагнитное поле переносит энергию и импульс с конечной скоростью. Согласно квантовой теории поля, электромагнитное взаимодействие осуществляется обменом виртуальными фотонами — квантами самого электромагнитного поля.

Классическое электромагнитное поле описывается уравнениями Максвелла — системой четырёх дифференциальных уравнений, сформулированных Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-х годах. Эти уравнения показали, что электрическое и магнитное поля — это проявления единого электромагнитного поля, а изменяющееся электрическое порождает магнитное поле и наоборот.

¶Характеристики

Электромагнитное поле характеризуется рядом физических величин:

Энергия электромагнитного поля распределена в пространстве и описывается плотностью энергии, пропорциональной квадратам напряжённостей полей. Поток энергии характеризуется вектором Пойнтинга.

¶Классификация

По характеру изменения во времени электромагнитные поля подразделяются на:

• Постоянные (электростатические и магнитостатические) — не изменяются во времени, возникают вокруг неподвижных зарядов и постоянных токов.
• Квазистационарные — изменяются достаточно медленно, чтобы индукционные эффекты были малы.
• Волны — переменные поля, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью.

Электромагнитный спектр охватывает широкий диапазон частот: от низкочастотных полей (промышленная частота 50 Гц) через радиоволны, микроволновое излучение, инфракрасное, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновское излучение до гамма-излучения. Все эти излучения являются проявлениями одного электромагнитного поля, различаясь только частотой и длиной волны.

¶Основные проявления

Электромагнитное поле лежит в основе множества явлений и технологий:

• Электромагнитная индукция — возникновение ЭДС в проводнике при изменении магнитного поля, открытая Майклом Фарадеем в 1831 году. Лежит в принципе работы электрических генераторов и трансформаторов.
• Электромагнитные волны — предсказанные Максвеллом и экспериментально подтверждённые Генрихом Герцем в 1887 году, они стали основой радиосвязи, телевидения, мобильной связи и Wi-Fi.
• Лазерное излучение — когерентное электромагнитное излучение, используемое в промышленности, медицине и связи.
• Электромагнитная совместимость — свойство оборудования работать без недопустимых помех от электромагнитных полей друг друга.

¶Влияние на живые организмы

Живые организмы существуют в естественном электромагнитном фоне, создаваемом солнечным излучением, космическими лучами и атмосферными явлениями. Искусственные источники электромагнитных полей — линии электропередачи, радио- и телевизионные передатчики, мобильные телефоны, микроволновые печи — создают дополнительное воздействие.

Санитарные нормы в России устанавливают предельно допустимые уровни электромагнитного поля на рабочих местах и в жилой зоне. Регулированием занимается Роспотребнадзор. Международная комиссия по защите от нерадиационных излучений (ICNIRP) разрабатывает рекомендации по допустимым уровням ЭМП.

¶Электромагнитное поле в современной физике

В XX веке электромагнитное поле стало прообразом квантовых полей, описывающих все фундаментальные взаимодействия. Квантовая электродинамика (КЭД), разработанная В. Фоком, П. Дираком, С. Томонагой, Д. Швингером, Р. Фейнманом и Д. Хайтом, описывает взаимодействие заряженных частиц с электромагнитным полем с высокой точностью и является одной из наиболее успешных теорий в физике.

Электромагнитное поле — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в природе. В теории электрослабого взаимодействия оно объединено с слабым ядерным взаимодействием в единую электрослабую теорию, что подтверждено экспериментально.

Источники:

• Дж. К. Максвелл. «Трактат об электричестве и магнетизме»
• Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. «Электродинамика сплошных сред»
• Р. Фейнман. «Фейнмановские лекции по физике», том 2
• Г. А. Гуревич. «Электромагнитные волны»
• СанПиН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Гигиенические нормативы»