Что представляет собой напряженность электрического поля. Как измеряется напряженность электрического поля. В каких единицах выражается напряженность электрического поля. Как рассчитать напряженность электрического поля. Какие факторы влияют на напряженность электрического поля.
Что такое напряженность электрического поля
Напряженность электрического поля — это векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке пространства. Она показывает, с какой силой поле действует на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку.
Основные характеристики напряженности электрического поля:
- Является силовой характеристикой электрического поля
- Измеряется в вольтах на метр (В/м)
- Зависит от величины зарядов, создающих поле
- Убывает с расстоянием от источника поля
- Имеет направление от положительных зарядов к отрицательным
Как измеряется напряженность электрического поля
Для измерения напряженности электрического поля используются специальные приборы — измерители напряженности электрического поля. Принцип их работы основан на измерении силы, действующей на пробный заряд, помещенный в исследуемую точку поля.
Основные методы измерения напряженности электрического поля:
- Метод пробного заряда — измеряется сила, действующая на пробный заряд
- Метод вращающегося диполя — измеряется вращающий момент, действующий на диполь
- Метод индукционных токов — измеряется ток, индуцированный в проводнике
- Электрооптический метод — измеряется изменение оптических свойств среды в электрическом поле
Единицы измерения напряженности электрического поля
В Международной системе единиц (СИ) напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр (В/м). Это означает, что между двумя точками пространства, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга, существует разность потенциалов 1 В.
Другие единицы измерения напряженности электрического поля:
- Ньютон на кулон (Н/Кл)
- Вольт на сантиметр (В/см)
- Килограмм-метр на кулон-секунду (кг·м/Кл·с)
Формула для расчета напряженности электрического поля
Напряженность электрического поля E можно рассчитать по формуле:
E = F / q
где:
- E — напряженность электрического поля (В/м)
- F — сила, действующая на пробный заряд (Н)
- q — величина пробного заряда (Кл)
Для точечного заряда напряженность поля на расстоянии r от него определяется формулой:
E = k * Q / r^2
где:
- k — электрическая постоянная (≈ 9 * 10^9 Н·м^2/Кл^2)
- Q — величина заряда источника поля (Кл)
- r — расстояние от заряда до точки поля (м)
Факторы, влияющие на напряженность электрического поля
На величину напряженности электрического поля влияют следующие основные факторы:
- Величина зарядов, создающих поле — чем больше заряд, тем сильнее поле
- Расстояние от источника поля — напряженность убывает обратно пропорционально квадрату расстояния
- Диэлектрическая проницаемость среды — в диэлектриках поле ослабляется
- Наличие проводников — внутри проводников поле равно нулю
- Форма и взаимное расположение зарядов — влияет на конфигурацию поля
Применение понятия напряженности электрического поля
Напряженность электрического поля широко используется в различных областях науки и техники:
- Электростатика — для описания электрических полей неподвижных зарядов
- Электродинамика — для анализа электромагнитных явлений
- Физика плазмы — для изучения поведения заряженных частиц
- Электроэнергетика — для расчета электрических полей линий электропередач
- Медицина — для оценки воздействия электромагнитных полей на организм
Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля
Для обеспечения безопасности человека установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) напряженности электрического поля:
- Для населения — 1000 В/м (в жилых помещениях)
- Для персонала — 5000 В/м (при 8-часовом рабочем дне)
- Для кратковременного пребывания — до 20000 В/м (не более 1 часа)
Превышение этих уровней может привести к неблагоприятным последствиям для здоровья человека.
Методы защиты от воздействия электрического поля
Для снижения воздействия электрического поля на человека применяются следующие методы защиты:
- Экранирование источников поля
- Увеличение расстояния от источника
- Ограничение времени пребывания в поле
- Применение средств индивидуальной защиты
- Заземление проводящих объектов
Приборы для измерения напряженности электрического поля
Для измерения напряженности электрического поля используются специальные приборы:
- Электрометры — измеряют потенциал электрического поля
- Киловольтметры — измеряют высокие напряжения
- Измерители напряженности поля — определяют напряженность в заданной точке
- Электростатические вольтметры — измеряют разность потенциалов
- Флюксметры — измеряют поток электрического поля
Заключение
Напряженность электрического поля является важнейшей характеристикой, позволяющей количественно описать электрическое поле в любой его точке. Понимание сущности этой величины, методов ее измерения и расчета необходимо для решения многих практических задач электротехники, радиотехники, физики плазмы и других областей науки и техники.
Напряжённость электрического поля | это… Что такое Напряжённость электрического поля?
Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный
- .
Из этого определения видно, почему напряженность электрического поля иногда называется силовой характеристикой электрического поля (действительно, всё отличие от вектора силы, действующей на заряженную частицу, только в постоянном[2] множителе).
В каждой точке пространства в данный момент времени существует свое значение вектора (вообще говоря — разное[3] в разных точках пространства), таким образом, — это векторное поле. Формально это выражается в записи
представляющей напряженность электрического поля как функцию пространственных координат (и времени, т.
к. может меняться со временем). Это поле вместе с полем вектора магнитной индукции представляет собой электромагнитное поле [4], и законы, которым оно подчиняется, есть предмет электродинамики.
Напряжённость электрического поля в СИ измеряется в вольтах на метр [В/м] или в ньютонах на кулон.
Содержание
|
Напряжённость электрического поля в классической электродинамике
Из сказанного выше ясно, что напряженность электрического поля — одна из основных фундаментальных величин классической электродинамики. В этой области физики можно назвать сопоставимыми с ней по значению только вектор магнитной индукции (вместе с вектором напряженности электрического поля образующий тензор электромагнитного поля) и электрический заряд. С некоторой точки зрения столь же важными представляются потенциалы электромагнитного поля (образующие вместе единый электромагнитный потенциал).
- Остальные понятия и величины классической электродинамики, такие как электрический ток, плотность тока, плотность заряда, вектор поляризации, а также вспомогательные поле электрической индукции и напряженность магнитного поля — хотя достаточно важны и значимы, но их значение гораздо меньше, и по сути могут считаться полезными и содержательными, но вспомогательными величинами.
Приведем краткий обзор основных контекстов классической электродинамики в отношении напряженности электрического поля.
Сила, с которой действует электромагнитное поле на заряженные частицы
Полная сила, с которой электромагнитное поле (включающее вообще говоря электрическую и магнитную составляющие) действует на заряженную частицу, выражается формулой силы Лоренца:
где q — электрический заряд частицы, — ее скорость, — вектор магнитной индукции (основная характеристика магнитного поля), косым крестом обозначено векторное произведение. Формула приведена в единицах СИ.
Как видим, эта формула полностью согласуется с определением напряженности электрического поля, данном в начале статьи, но является более общей, т.к. включает в себя также действие на заряженную частицу (если та движется) со стороны магнитного поля.
В этой формуле частица предполагается точечной. Однако эта формула позволяет рассчитать и силы, действующие со стороны электромагнитного поля на тела любой формы с любым распределением зарядов и токов — надо только воспользоваться обычным для физики приемом разбиения сложного тела на маленькие (математически — бесконечно маленькие) части, каждая из которых может считаться точечной и таким образом входящей в область применимости формулы.
Остальные формулы, применяемые для расчета электромагнитных сил (такие, как, например, формула силы Ампера) можно считать следствиями[5] фундаментальной формулы силы Лоренца, частными случаями ее применения итп.
Однако для того, чтобы эта формула была применена (даже в самых простых случаях, таких, как расчет силы взаимодействия двух точечных зарядов), необходимо знать (уметь рассчитывать) и чему посвящены следующие параграфы.
Уравнения Максвелла
Достаточным вместе с формулой силы Лоренца теоретическим фундаментом классической электродинамики являются уравнения электромагнитного поля, называемые уравнениями Максвелла. Их стандартная традиционная форма представляет собой четыре уравнения, в три из которых входит вектор напряженности электрического поля:
Здесь — плотность заряда, — плотность тока, — универсальные константы (уравнения здесь записаны в единицах СИ).
Здесь приведена наиболее фундаментальная и простая форма уравнений Максвелла — так называемые «уравнения для вакуума» (хотя, вопреки названию, они вполне применимы и для описания поведения электромагнитного поля в среде).
Подробно о других формах записи уравнений Максвелла — см. основную статью.
Этих четырех уравнений вместе с пятым — уравнением силы Лоренца — в принципе достаточно, чтобы полностью описать классическую (то есть не квантовую) электродинамику, то есть они представляют ее полные законы. Для решения конкретных реальных задач с их помощью необходимы еще уравнения движения «материальных частиц» (в классической механике это законы Ньютона), а также зачастую дополнительная информация о конкретных свойствах физических тел и сред, участвующих в рассмотрении (их упругости, электропроводности, поляризуемости итд итп), а также о других силах, участвующих в задаче (например, о гравитации), однако вся эта информация уже не входит в рамки электродинамики как таковой, хотя и оказывается зачастую необходимой для построения замкнутой системы уравнений, позволяющих решить ту или иную конкретную задачу в целом.
«Материальные уравнения»
Такими дополнительными формулами или уравнениями (обычно не точными, а приближенными, зачастую всего лишь эмпирическими), которые не входят непосредственно в область электродинамики, но поневоле используются в ней ради решения конкретных практических задач, называемыми «материальными уравнениями», являются, в частности:
- Закон Ома,
- Закон поляризации
- в разных случаях многие другие формулы и соотношения.
Связь с потенциалами
Связь напряженности электрического поля с потенциалами в общем случае такова:
где — скалярный и векторный потенциалы. Приведем здесь для полноты картины и соответствующее выражение для вектора магнитной индукции:
В частном случае стационарных (не меняющихся со временем) полей, первое уравнение упрощается до:
Это выражение для связи электростатического поля с электростатическим потенциалом.
Электростатика
Важным с практической и с теоретической точек зрения частным случаем в электродинамике является тот случай, когда заряженные тела неподвижны (например, если исследуется состояние равновесия) или скорость их движения достаточно мала чтобы можно было приближенно воспользоваться теми способами расчета, которые справедливы для неподвижных тел. Этим частным случаем занимается раздел электродинамики, называемый электростатикой.
Как мы уже заметили выше, напряженность электрического поля в этом случае выражается через скалярный потенциал как
или
то есть электростатическое поле оказывается потенциальным полем.
( в этом случае — случае электростатики — принято называть электростатическим потенциалом).
- Также и обратно
Уравнения поля (уравнения Максвелла) при этом также сильно упрощаются (уравнения с магнитным полем можно исключить, а в уравнение с дивергенцией можно подставить ) и сводятся к уравнению Пуассона:
а в областях, свободных от заряженных частиц — к уравнению Лапласа:
Учитывая линейность этих уравнений, а следовательно применимость к ним принципа суперпозиции, достаточно найти поле одного точечного единичного заряда, чтобы потом найти потенциал или напряженность поля, создаваемого любым распределением зарядов (суммируя решения для точечного заряда).
Теорема Гаусса
Очень полезной в электростатике оказывается теорема Гаусса, содержание которой сводится к интегральной форме единственного нетривиального для электростатики уравнения Максвелла:
где интегрирование производится по любой замкнутой поверхности S (вычисляя поток через эту поверхность), Q — полный (суммарный) заряд внутри этой поверхности.
Эта теорема дает крайне простой и удобный способ расчета напряженности электрического поля в случае, когда источники имеют достаточно высокую симметрию, а именно сферическую, цилиндрическую или зеркальную+трансляционную. В частности, таким способом легко находится поле точечного заряда, сферы, цилиндра, плоскости.
Напряжённость электрического поля точечного заряда
В единицах СИ
Для точечного заряда в электростатике верен закона Кулона
или
- .
- .
Исторически закон Кулона был открыт первым, хотя с теоретической точки зрения уравнения Максвелла более фундаментальны. С этой точки зрения он является их следствием. Получить этот результат проще всего исходя из теоремы Гаусса, учитывая сферическую симметрию задачи: выбрать поверхность S в виде сферы с центром в точечном заряде, учесть, что направление будет очевидно радиальным, а модуль этого вектора одинаков везде на выбранной сфере (так что E можно вынести за знак интеграла), и тогда, учитывая формулу для площади сферы радиуса r: , имеем:
откуда сразу получаем ответ для E.
Ответ для получается тогда интегрированием E:
Для системы СГС
Формулы и их вывод аналогичны, отличие от СИ лишь в константах.
Напряженность электрического поля произвольного распределения зарядов
По принципу суперпозиции для напряженности поля совокупности дискретных источников имеем:
где каждое
Подставив, получаем:
Для непрерывного распределения аналогично:
где V — область пространства, где расположены заряды (ненулевая плотность заряда), или всё пространство, — радиус-вектор точки, для которой считаем , — радиус-вектор источника, пробегающий все точки области V при интегрировании, dV — элемент объема. Можно подставить x,y,z вместо , вместо , вместо dV.
Системы единиц
В системе СГС напряжённость электрического поля измеряется в СГСЭ единицах, в системе СИ — в ньютонах на кулон или в вольтах на метр (русское В/м, международное V/m).
Литература
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Изд. 4-е, стереотипное. — М.: Физматлит; Изд-во МФТИ, 2004. — Т. III. Электричество. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.
Примечания
- ↑ На движущийся заряд действует также магнитное поле, если, конечно, оно имеется (не равно нулю), поэтому в определение напряженности электрического поля вносится условие неподвижности пробного заряда; при условии гарантированного отсутствия магнитного поля неподвижность пробного заряда перестает быть обязательной, однако требование отсутствия магнитного поля в общем случае невозможно (а возможно только в частных классах задач).
- ↑ Для любой частицы ее электрический заряд постоянен. Измениться он может только если от частицы что-то заряженное отделится или если к ней что-то заряженное присоединится.
- ↑ Хотя иногда его значения могут оказываться и одинаковыми в разных точках пространства; если одинаков всюду в пространстве (или какой-то области пространства), говорят об однородном электрическом поле — это всего лишь частный случай электрического поля, хотя и наиболее простой; притом что в реальности электрическое поле может быть однородным лишь приближенно, то есть различия в разных точках пространства есть, но иногда они небольшие и ими можно пренебречь в рамках некоторого приближения.
- ↑ Электромагнитное поле может быть выражено и по-другому, например через электромагнитный потенциал или в несколько иной математической записи (прячущей вектор напряженности электрического поля вместе с вектором магнитной индукции внутрь тензора электромагнитного поля), однако все эти способы записи тесно связаны между собой, таким образом, утверждение о том, что поле — одна из основных составляющих электромагнитного поля не утрачивает смысла.
- ↑ Хотя исторически многие из них были открыты раньше.
См. также
- Электрическая индукция
- Уравнения Максвелла
- Закон Кулона
Насколько безопасно место, где мы живем? Обзор измерителя электромагнитного поля Mustool MT525 / Инструменты / iXBT Live
Содержание
- Вступление
- Технические характеристики Mustool MT525
- Упаковка
- Внешний вид
- Тестирование
- Выводы
Вступление
Электромагнитные поля (ЭМП) являются неотъемлемой частью окружающего нас мира.
В природе электрические поля, невидимые человеческому глазу, образуются в атмосфере при грозе. Магнитное поле нашей планеты указывает компасу в направлении «север» и «юг».
Электрическое поле появляется за счет разницы электрических напряжений, следовательно, чем выше напряжение, тем больше электрическое поле. Измеряется электрическое поле в вольтах на метр (В/м). Магнитное поле появляется там, где проходит электрический ток, следовательно, чем больше сила тока, тем больше магнитное поле. Сила магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м). Однако, для измерения магнитного поля, чаще используют подобную А/м единицу измерения – микротесла (мкТл, еденица измерения индукции магнитного поля). Обобщая вышесказанное можно дать такую формулировку ЭМП – это силовое поле, образованное вокруг электрического тока, эквивалентное электрическому полю и магнитному полю, расположенным под прямыми углами друг к другу.
Помимо природных источников ЭМП есть и искусственные, такие как: бытовые электроприборы, электрические инструменты, линии электропередач, электропроводка и прочие электрические устройства.
Исследования воздействия ЭМП на организм человека проводятся с середины ХХ века. В современном мире каждый из нас окружен различными электрическими устройствами, которые являются источниками ЭМП. Более опасным является воздействие магнитного поля. Исследования, проведенные Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) показывают, что кратковременное воздействие низкочастотных ЭМП на организм человека не вызывает пагубных последствий. В то же время воздействие высокочастотных ЭМП могут вызвать проблемы со здоровьем. На основании данных исследований, был выработан норматив низкочастотного магнитного поля, имеющий значение в 0,2 мкТл. Данный норматив в России, ссылаясь на «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям», имеет значение в 10 мкТл. К электрическому полю ВОЗ применяет норматив в 40 В/м, в России такой норматив имеет значение 50 В/м.
Для измерения электромагнитных полей применяются тестеры электромагнитного излучения. Одним из таких тестеров является «герой» сегодняшнего обзора — Mustool MT525.
С помощью данного прибора определим: насколько безопасен наш дом, а также проверим самые распространенные электрические устройства на наличие допустимого излучения ЭМП.
Покупал данный прибор на Aliexpress, по ссылке ниже.
Покупал здесь Другие модели измерителей электромагнитного поля
Цена на момент публикации: $20.00
Больше интересных товаров с Aliexpress вы найдете на моем канале в Telegram
Технические характеристики Mustool MT525
| Электрическое поле | Магнитное поле | |
| Единица измерения | В/м (V/m) | мкТл (µT) |
| Дискретность | 1 V/m | 0.01 µT |
| Диапазон измерения | 1 V/m – 1999 V/m | 0.01 µT – 99.99 µT |
| Порог срабатывания сигнализации | 40 V/m | 0.4 µT |
| Дисплей | 3-1/2-digit LCD |
| Частотный диапазон | 5 HZ – 3500 MHz |
| Время измерения | 0. 4 секунды |
| Режим тестирования | Бимодульный синхронный тест |
| Условия эксплуатации | 00C ~ 500C / 300F ~ 1220F, <80% RH |
| Питание прибора | 3X1.5 V AAA батарейки |
| Размеры прибора | 130*62*26 мм |
Упаковка
Измеритель электромагнитного поля Mustool MT525 поставляется в небольшой картонной коробке.
На коробке указано название прибора, а также фирма-производитель данного устройства. Также имеется надпись «Electromagnetic Radiation Tester», что в переводе с английского означает «Тестер Электромагнитного Излучения».
Перевернув коробку, можно ознакомиться с основными техническими параметрами тестера.
В комплект поставки Mustool MT525 входит:
- Измеритель электромагнитного поля Mustool MT525;
- Инструкция к прибору.
Инструкция по использованию прибора написана на английском языке.
Внешний вид
Корпус прибора изготовлен из пластика. Габаритные размеры корпуса устройства, измеренные рулеткой:
На передней панели устройства расположен монохромный жидкокристаллический дисплей. Под дисплеем находится красный светодиод с надписью «Electromagnetic Radiation Tester». Светодиод срабатывает при превышении допустимого уровня электрического или магнитного поля.
Ниже экрана расположены три кнопки:
- Кнопка включения/отключения Mustool MT525;
- AVG/VPP;
- HOLD/BEEP.
При кратковременном нажатии кнопки «HOLD/BEEP» на дисплее фиксируются текущие показания тестера. При длительном нажатии кнопки «HOLD/BEEP» можно как включить, так и выключить звуковую сигнализацию превышения допустимого уровня ЭМП.
Кнопка «AVG/VPP» осуществляет переключение тестера в режим отображения средних или максимальных значений.
При кратковременном нажатии на кнопку включения/отключения тестера – загорается подсветка дисплея.
При длительном нажатии данной кнопки можно включить либо выключить прибор.
На задней панели Mustool MT525 расположены:
- Четыре винта, скрепляющих корпус прибора;
- Отсек для батареек, типоразмера ААА;
- Этикетка с краткими техническими характеристиками.
Для питания прибора необходимо 3 батарейки, типоразмера ААА:
Перечень основной информации, которая отображается на дисплее прибора.
Тестирование
Перед началом тестирования, вспомним предельно допустимые нормы электромагнитного излучения, рекомендованные Всемирной организацией здравоохранения:
- Электрическое поле – не более 40 V/m;
- Магнитное поле – не более 0,2 µT.
Санитарные правила и нормативы в РФ:
- Электрическое поле – не более 50 V/m;
- Магнитное поле – не более 10 µT.
Установив батарейки и включив прибор, первым делом я протестировал своё рабочее место, где находится системный блок компьютера и монитор.
При выключенном компьютере тестер показывал оба значения, электрического и магнитного поля, равными нулю. Включив персональный компьютер, я провел измерения. Расстояние тестера до монитора с системным блоком было около 50 см.
Тестер показал превышение допустимого уровня электрического поля в 8 раз. Показания прибора колебались в районе от 264 V/m до 281 V/m. Показания уровня излучения магнитного поля были в норме.
Затем я протестировал WI-fi роутер. Тестирование роутера на расстоянии 1 метра от прибора:
Показания уровня электрического и магнитного поля равны 0.
Тестирование роутера на расстоянии 10 см:
Тестер показал превышение допустимого уровня электрического поля со значением 190 V/m. Показания уровня излучения магнитного поля были в норме. Также следует учесть, что вблизи роутера был подключен его блок питания на 12 V 1 A.
Тестирование микроволновой печи. Данное устройство отличается повышенной мощностью в сравнении с другими бытовыми электроприборами.
Микроволновка была включена в сеть, замер излучения ЭМП был произведен на расстоянии 1 метра от печки.
Замер излучения ЭМП вблизи печки:
Затем микроволновка была включена на максимальную мощность 850 W. Результат тестирования:
Прибор показал значительно превышение электрического поля, с результатами от 516 V/m до 522 V/m, а также превышение магнитного поля с результатами от 21.27 µT до 22.29 µT.
На расстоянии 1 метра от включенной микроволновой печи на максимальной мощности 850 W, прибор показал такой результат:
Тестирование мобильных телефонов. Для тестирования устройств мобильной связи были выбраны 2 устройства:
- Телефон «старого» поколения в лице Nokia 1200;
- Смартфон Apple Iphone 6S.
Проведем тест Nokia 1200 и Apple Iphone 6S в режиме «ожидания»:
На обоих телефонах значения электрического и магнитного поля равны 0. На Iphone был включен Wi-fi, а также мобильный интернет.
Затем были проведены замеры на телефонах при входящем вызове.
На современном смартфоне при входящем вызове превышения допустимого значения ЭМП замечено не было. Телефон «старого» поколения, напротив, показал превышение допустимого значения магнитного поля в диапазоне от 2.90 µT до 12.47 µT.
После проведенных тестов дома я отправился на улицу. Первым объектом для тестирования была выбрана трансформаторная подстанция на 10 кВ.
На расстоянии около 2-3 метров был произведен замер ЭМП.
Такое расстояние полностью безопасно для человека, показания тестера были равны 0.
Подойдя вплотную ко входу в трансформаторную подстанцию был произведён еще один замер.
Прибор показал превышение уровня магнитного поля со значением 5.53 µT.
Вблизи дома, где я живу (около 100-150 метров), находится вышка сотовой связи.
Естественно, были произведены замеры на превышение уровня ЭМП вблизи вышки.
Вышка сотовой связи оказалась полностью безопасной для человека, показания тестера были равны 0.
Затем был произведен тест возле столба линий электропередач.
Показания электрического и магнитного поля были равны 0.
Завершить мою прогулку решил замером ЭМП возле высоковольтной опоры линий электропередач.
Включив прибор, было выявлено незначительное превышение уровня электрического поля на расстоянии приблизительно 20 метров. Подходить ближе и делать замеры на близком расстоянии я не стал, так как опоры стоят на удаленном расстоянии от жилых домов и постоянного потока людей там нет.
Отойдя на расстояние более 40-50 метров показания электрического и магнитного поля были равны 0.
Выводы
С развитием современных технологий в нашей жизни становится все больше электрических устройств. Исследования на тему влияния электромагнитных излучений на тело человека продолжаются по сей день. Учеными доказано, что кратковременное воздействие ЭМП допустимого уровня не оказывает пагубного воздействия на человека. Однако, при воздействии ЭМП выше допустимых норм, существует вероятность получить негативные последствия для своего организма, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.
Проведя тесты на излучение ЭМП компьютера, микроволновой печи, мобильных телефонов, подстанций и вышек сотовой связи можно сделать вывод, что при соблюдении рекомендаций ВОЗ, влияние ЭМП на организм человека, можно свести к минимуму. Как пример, можно взять микроволновую печь. Микроволновая печь является одним из самых мощных источников ЭМП в доме. Однако, она становится практически полностью безопасной, на расстоянии одного метра.
С более детальными рекомендациями и результатами исследований воздействия ЭМП можно ознакомиться на официальном сайте Всемирной организации здравоохранения.
Что такое напряженность электрического поля и как ее измеряют?
К
- Роберт Шелдон
Напряженность электрического поля — это количественное выражение напряженности электрического поля в определенном месте.
Стандартной единицей измерения является вольт на метр (В/м или В·м -1 ). Напряженность поля 1 В/м представляет собой разность потенциалов 1 В между точками, разнесенными на 1 метр. Напряженность электрического поля также упоминается как напряженность электрического поля .
Любой электрически заряженный объект создает электрическое поле. Поле воздействует на другие заряженные объекты поблизости, отталкивая одноименные заряды и притягивая противоположные заряды. Напряженность поля исходного объекта может быть измерена в определенных точках вектора в этом поле. Каждая точка вектора отражает как величину, так и направление электрической силы в этой точке.
Как измерить напряженность электрического поля Для измерения напряженности поля необходим тестовый заряд, расположенный в одной из точек вектора в пределах электрического поля объекта-источника. Этот пробный заряд должен иметь небольшой положительный заряд, не мешающий заряду источника.
Пробный заряд позволяет измерить напряженность электрического поля исходного заряда в точке вектора, в которой расположен заряд.
Напряженность электрического поля в определенной точке вектора прямо пропорциональна электрическому заряду — в кулонах (Кл) — объекта-источника. Кроме того, напряженность поля обратно пропорциональна расстоянию между объектом-источником и точкой пробного вектора заряда. Кривая зависимости напряженности поля от расстояния представляет собой прямую обратную функцию, а не функцию обратного квадрата. Это связано с тем, что напряженность электрического поля определяется линейным смещением (на метр), а не площадью поверхности (на квадратный метр).
Напряженность электрического поля может быть представлена математически следующей формулой:
Э=Ж/к
В этой формуле E представляет собой напряженность электрического поля, F относится к силе, действующей на заряд источника (в ньютонах), а q — к испытательному заряду (в кулонах). Значение F рассчитывается по следующей формуле:
F=(k·Q·q)/d 2
В этом случае F снова представляет собой силу, k равно постоянной Кулона, Q относится к заряду источника (в кулонах), q представляет собой пробный заряд (в кулонах), а d представляет собой расстояние между Q и q.
Когда F вставляется в исходную формулу напряженности электрического поля, результаты возвращаются как ньютон на кулон (N/C), что непосредственно соответствует вольтам на метр. Например, 500 Н/З равно 500 В/м, а 1000 Н/З равно 1000 В/м.
Иногда напряженность электромагнитного поля определяется интенсивностью его составляющей электрического поля. Это делается инженерами и учеными, когда речь идет о напряженности радиочастотного поля в определенном месте от таких источников, как удаленные передатчики, небесные объекты, линии электропередач высокого напряжения, компьютерные дисплеи или микроволновые печи. В этом контексте напряженность электрического поля обычно указывается с более мелкой степенью детализации, как показано в таблице.
См. также: Международная система единиц и таблица физических единиц .
Последнее обновление: сентябрь 2022 г.
Продолжить чтение О напряженности электрического поля- Мобильные телефоны и здоровье: 5G развертывается слишком быстро?
- Основы Интернета вещей: руководство для начинающих
- RFID и штрих-коды в цепочке поставок: что лучше использовать?
- После Олдсмара: Насколько уязвима критическая инфраструктура США?
- Обзор Microsoft Project Silica и его использование в архиве
враждебный ML
Состязательное машинное обучение — это метод, используемый в машинном обучении для обмана или введения в заблуждение модели с помощью злонамеренных входных данных.
Нетворкинг
- межсоединение центра обработки данных (DCI)
Технология соединения центров обработки данных (DCI) объединяет два или более центров обработки данных для совместного использования ресурсов.
- Протокол маршрутной информации (RIP)
Протокол маршрутной информации (RIP) — это дистанционно-векторный протокол, в котором в качестве основного показателя используется количество переходов.
- доступность сети
Доступность сети — это время безотказной работы сетевой системы в течение определенного интервала времени.
Безопасность
- кража учетных данных
Кража учетных данных — это тип киберпреступления, связанный с кражей удостоверения личности жертвы.
- суверенная идентичность
Самостоятельная суверенная идентификация (SSI) — это модель управления цифровой идентификацией, в которой отдельные лица или предприятия владеют единолично …
- Сертифицированный специалист по безопасности информационных систем (CISSP)
Certified Information Systems Security Professional (CISSP) — это сертификат информационной безопасности, разработанный .
..
..ИТ-директор
- рассказывание историй о данных
Рассказывание историй о данных — это процесс перевода анализа данных в понятные термины с целью повлиять на деловое решение…
- оншорный аутсорсинг (внутренний аутсорсинг)
Оншорный аутсорсинг, также известный как внутренний аутсорсинг, — это получение услуг от кого-то вне компании, но в пределах …
- FMEA (анализ видов и последствий отказов)
FMEA (анализ видов и последствий отказов) представляет собой пошаговый подход к сбору сведений о возможных точках отказа в …
HRSoftware
- самообслуживание сотрудников (ESS)
Самообслуживание сотрудников (ESS) — это широко используемая технология управления персоналом, которая позволяет сотрудникам выполнять множество связанных с работой .
.. - платформа обучения (LXP)
Платформа обучения (LXP) — это управляемая искусственным интеллектом платформа взаимного обучения, предоставляемая с использованием программного обеспечения как услуги (…
- Поиск талантов
Привлечение талантов — это стратегический процесс, который работодатели используют для анализа своих долгосрочных потребностей в талантах в контексте бизнеса …
..Служба поддержки клиентов
- виртуальный помощник (помощник ИИ)
Виртуальный помощник, также называемый помощником ИИ или цифровым помощником, представляет собой прикладную программу, которая понимает естественный язык …
- интерактивный голосовой ответ (IVR)
Интерактивный голосовой ответ (IVR) — это автоматизированная система телефонии, которая взаимодействует с вызывающими абонентами, собирает информацию и маршрутизирует .
.. - жизненный цикл клиента
В управлении взаимоотношениями с клиентами (CRM) жизненный цикл клиента — это термин, используемый для описания последовательности шагов, которые проходит клиент…
..Учебное пособие по физике: напряженность электрического поля
В предыдущем разделе урока 4 было введено понятие электрического поля. Было заявлено, что концепция электрического поля возникла в попытке объяснить силы действия на расстоянии. Все заряженные объекты создают электрическое поле, распространяющееся наружу в окружающее их пространство. Заряд изменяет это пространство, вызывая воздействие этого поля на любой другой заряженный объект, который входит в это пространство. Сила электрического поля зависит от того, насколько заряжен объект, создающий поле, и от расстояния до заряженного объекта. В этом разделе урока 4 мы будем исследовать электрическое поле с численной точки зрения — напряженность электрического поля .
Напряженность электрического поля является векторной величиной; она имеет как величину, так и направление. Величина напряженности электрического поля определяется способом ее измерения. Предположим, что электрический заряд можно обозначить символом Q . Этот электрический заряд создает электрическое поле; поскольку Q является источником электрического поля, мы будем называть его исходный заряд . Напряженность электрического поля исходного заряда можно измерить любым другим зарядом, помещенным где-нибудь в его окружении. Заряд, используемый для измерения напряженности электрического поля, называется тестовым зарядом , поскольку он используется для проверки напряженности поля. Испытательный заряд имеет количество заряда, обозначенное символом q . Помещенный в электрическое поле, пробный заряд будет испытывать электрическую силу — либо притягивающую, либо отталкивающую.
Как обычно, эта сила будет обозначаться символом Ф . Величина электрического поля просто определяется как сила, приходящаяся на заряд пробного заряда.
Если напряженность электрического поля обозначить символом E , то уравнение можно переписать в символической форме как
Стандартные метрические единицы измерения напряженности электрического поля вытекают из его определения. Поскольку электрическое поле определяется как сила, приходящаяся на один заряд, его единицами измерения будут единицы силы, деленные на единицы заряда. В этом случае стандартными метрическими единицами являются Ньютон/Кулон или N/C.
В приведенном выше обсуждении вы заметите, что упоминаются два заряда — исходный заряд и тестовый заряд. Два заряда всегда были бы необходимы, чтобы столкнуться с силой. В электрическом мире для притяжения или отталкивания нужны двое. Уравнение для напряженности электрического поля ( E ) имеет одну из двух перечисленных в нем величин заряда.
Поскольку задействованы два заряда, учащийся должен быть предельно осторожным, чтобы использовать правильное количество заряда при вычислении напряженности электрического поля. Символ q в уравнении представляет собой количество заряда на испытательном заряде (а не на исходном заряде). Напомним, что напряженность электрического поля определяется с точки зрения того, как она измеряется или проверяется; таким образом, пробный заряд входит в уравнение. Электрическое поле — это сила, приходящаяся на количество заряда на пробный заряд .
Напряженность электрического поля не зависит от количества заряда на испытательном заряде. Если вы немного подумаете об этом утверждении, оно может вас обеспокоить. (Конечно, если вы вообще не думаете — никогда — вас ничего особо не беспокоит. Неведение — это блаженство.) Ведь количество заряда на тестовом заряде ( q ) находится в уравнении для электрического поля. Так как же может напряженность электрического поля не зависеть от q , если q входит в уравнение? Хороший вопрос.
Но если вы подумаете об этом еще немного, вы сможете ответить на свой собственный вопрос. (Невежество может быть блаженством. Но, немного подумав еще, вы можете достичь прозрения, состояния, намного лучшего, чем блаженство.) Увеличение количества заряда на пробном заряде, скажем, в 2 раза, увеличит знаменатель уравнения. в 2 раза. Но, согласно закону Кулона, чем больше заряд, тем больше электрическая сила ( Ф ). В самом деле, двукратное увеличение q сопровождалось бы двукратным увеличением F . Таким образом, при увеличении знаменателя в уравнении в два (или в три, или в четыре раза) числитель увеличивается во столько же раз. Эти два изменения компенсируют друг друга, так что можно с уверенностью сказать, что напряженность электрического поля не зависит от количества заряда пробного заряда. Таким образом, независимо от того, какой пробный заряд используется, напряженность электрического поля в любом заданном месте вокруг исходного заряда Q будет измерен так же.
Вышеприведенное обсуждение относилось к определению напряженности электрического поля с точки зрения способа ее измерения. Теперь мы исследуем новое уравнение, определяющее напряженность электрического поля через переменные, влияющие на напряженность электрического поля. Для этого нам придется вернуться к уравнению закона Кулона. Закон Кулона гласит, что электрическая сила между двумя зарядами прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами. Применительно к нашим двум зарядам — исходному заряду ( Q ) и испытательный заряд ( q ) — формула для электрической силы может быть записана как
Если выражение для электрической силы, данное законом Кулона, заменить на силу в приведенном выше E =F/q уравнение, новое уравнение может быть получено, как показано ниже.
Обратите внимание, что приведенный выше вывод показывает, что пробный заряд q был исключен как из числителя, так и из знаменателя уравнения.
Новая формула для напряженности электрического поля (показана внутри рамки) выражает напряженность поля через две переменные, влияющие на нее. Напряженность электрического поля зависит от количества заряда заряда источника ( Q ) и расстояние ( d ) от источника заряда.
Закон обратных квадратов
Как и все формулы в физике, формулы для напряженности электрического поля можно использовать для алгебраического решения задач по физике. И, как и все формулы, эти формулы напряженности электрического поля также можно использовать для того, чтобы направлять наши размышления о том, как изменение одной переменной может (или не может) повлиять на другую переменную. Одной из особенностей этой формулы напряженности электрического поля является то, что она иллюстрирует обратную квадратичную зависимость между напряженностью электрического поля и расстоянием. Сила электрического поля, создаваемого зарядом источника Q обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.
2). Если расстояние увеличивается в 3 раза, напряженность электрического поля уменьшается в 9 раз.2).
Используйте этот принцип обратной квадратичной зависимости между напряженностью электрического поля и расстоянием, чтобы ответить на первые три вопроса в разделе «Проверьте свое понимание» ниже.
Новый взгляд на аналогию с вонючим полем
В предыдущем разделе урока 4 была представлена несколько грубая, но поучительная аналогия — аналогия с вонючим полем. Аналогия сравнивает концепцию электрического поля, окружающего заряд источника, с вонючим полем, которое окружает вонючий подгузник младенца. Как каждый вонючий подгузник создает вонючее поле, так и каждый электрический заряд создает электрическое поле. И если вы хотите узнать силу вонючего поля, вы просто используете вонючий детектор — нос, который (насколько я знаю) всегда отталкивающе реагирует на вонючий источник. Точно так же, если вы хотите узнать силу электрического поля, вы просто используете детектор заряда — пробный заряд, который будет реагировать притягивающим или отталкивающим образом на исходный заряд.
И, конечно же, сила поля пропорциональна воздействию на детектор. Более чувствительный детектор (лучший нос или более заряженный тестовый заряд) почувствует эффект сильнее. Тем не менее напряженность поля определяется как эффект (или сила) на чувствительность детектора; поэтому напряженность поля вонючего подгузника или электрического заряда не зависит от чувствительности детектора.
Если вы измерите вонючее поле подгузника, имеет смысл только то, что на него не повлияет то, насколько вонючим вы являетесь. Человек, измеряющий силу вонючего поля подгузника, может создать свое собственное поле, сила которого зависит от того, насколько он вонючий. Но поле этого человека не следует путать с вонючим полем подгузника. Вонючее поле подгузника зависит от того, насколько вонючий подгузник. Точно так же сила электрического поля заряда источника зависит от того, насколько заряжен заряд источника. Кроме того, как и в случае с вонючим полем, наше уравнение электрического поля показывает, что по мере того, как вы приближаетесь к источнику поля, эффект становится все больше и больше, а напряженность электрического поля увеличивается.
Аналогия с вонючим полем оказывается полезной для передачи как концепции электрического поля, так и математики электрического поля. Концептуально он иллюстрирует, как источник поля может воздействовать на окружающее пространство и оказывать влияние на чувствительные детекторы в этом пространстве. И математически это показывает, как сила поля зависит от источника и расстояния от источника и не зависит от каких-либо характеристик, связанных с детектором.
Направление вектора электрического поля Как упоминалось ранее, напряженность электрического поля является векторной величиной. В отличие от скалярной величины, векторная величина не может быть полностью описана, если с ней не связано направление. Величина вектора электрического поля рассчитывается как сила, приходящаяся на заряд на любом заданном пробном заряде, находящемся в пределах электрического поля. Сила на пробном заряде могла быть направлена либо в сторону исходного заряда, либо прямо от него.
Точное направление силы зависит от того, имеют ли пробный заряд и исходный заряд один и тот же тип заряда (в котором происходит отталкивание) или противоположный тип заряда (в котором возникает притяжение). Чтобы решить дилемму, направлен ли вектор электрического поля к источнику заряда или от него, было принято соглашение. Всемирное соглашение, используемое учеными, состоит в том, чтобы определять направление вектора электрического поля как направление, в котором положительный тестовый заряд толкается или тянется в присутствии электрического поля. Используя соглашение о положительном испытательном заряде, каждый может согласиться с направлением E .
Учитывая это условное обозначение положительного пробного заряда, можно сделать несколько общих выводов о направлении вектора электрического поля. Положительный исходный заряд создаст электрическое поле, оказывающее отталкивающее действие на положительный пробный заряд. Таким образом, вектор электрического поля всегда будет направлен в сторону от положительно заряженных объектов.
С другой стороны, положительный пробный заряд будет притягиваться к отрицательному исходному заряду. Поэтому векторы электрического поля всегда направлены в сторону отрицательно заряженных объектов. Вы можете проверить свое понимание направления электрического поля, ответив на вопросы 6 и 7 ниже.
Мы хотели бы предложить …
Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного приложения «Положи заряд в цель» и/или нашего интерактивного «Пейзажа электростатики». Оба интерактива можно найти в разделе Physics Interactives на нашем веб-сайте. Оба интерактива обеспечивают привлекательную среду для изучения электрических полей и действий на расстоянии.
Посетите: Зарядите цель | Электростатика Ландшафты
Используйте свое понимание, чтобы ответить на следующие вопросы.
Когда закончите, нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.
1. Заряд Q действует как точечный заряд, создавая электрическое поле. Его прочность, измеренная на расстоянии 30 см, составляет 40 Н/Кл. Какова величина напряженности электрического поля, которую вы ожидаете измерить на расстоянии …
а. на расстоянии 60 см?
б. на расстоянии 15 см?
с. на расстоянии 90 см?
д. на расстоянии 3 см?
с. на расстоянии 45 см?
2. Заряд Q действует как точечный заряд для создания электрического поля. Его прочность, измеренная на расстоянии 30 см, составляет 40 Н/Кл. Какой будет напряженность электрического поля …
а. 30 см от источника с зарядом 2Q?
б. 30 см от источника с зарядом 3Q?
с. 60 см от источника с зарядом 2Q?
д. 15 см от источника с зарядом 2Q?
эл.
150 см от источника с зарядом 0,5Q?
3. Используйте свое понимание напряженности электрического поля, чтобы заполнить следующую таблицу.
4. Найдите в приведенной выше таблице не менее двух строк, иллюстрирующих, что напряженность вектора электрического поля равна …
а. непосредственно связано с количеством заряда на исходном заряде ( Q ).
б. обратно пропорциональна квадрату разделительного расстояния ( d ).
с. независимо от количества заряда на испытательном заряде ( q ).
5. Следующая единица, безусловно, не является стандартной единицей для выражения величины напряженности электрического поля.
Однако это может быть приемлемой единицей для E .
