Allmänna egenskaper hos elektromagnetiska vågor (EMW). Elektromagnetisk strålning - definition, typer, egenskaper Grundläggande egenskaper hos frekvensmätare

Statens läroanstalt för högre yrkesutbildning

VOLGOGRAD STATE TECHNICAL UNIVERSITY

(VolgSTU)

Institutionen för elektroteknik

Terminsarbete

om metrologi, standardisering och certifiering

Ämne: " Mätning av frekvensen av elektromagnetiska vågor»

Avslutad:

elev i grupp IVT-260 Sova A.V.

Kontrollerade:

prof. Zayarny V.P.

Volgograd, 2008

Terminsarbete 1

Huvudegenskaper för frekvensmätare: 3

FREKVENSMÄTMETODER 4

ALLMÄN INFORMATION 4

KONDENSATÖRSLADDNINGSMETOD 5

RESONANSMETOD 7

JÄMFÖRELSESMETOD 14

Introduktion:

I det allmänna fallet utförs frekvensmätning på mycket olika sätt, eftersom vibrationer i naturen har en annan karaktär. Detta kan vara den vanligaste pendeln, en elektrisk krets, en våg eller till och med vibrationer i en kropp. Oscillerande processer är ett mycket vanligt fenomen i den moderna teknikvärlden, och frekvens är en av deras mest grundläggande egenskaper, oftast oberoende av omgivningen, så dess exakta mätning är mycket viktig. Låt oss överväga de viktigaste sätten att mäta frekvensen av oscillationer av elektromagnetiska vågor.

Huvudegenskaper hos frekvensmätare:

En av mätteknikens viktigaste uppgifter är att mäta vibrationernas frekvens eller våglängd. Mätningarna av frekvens och våglängd är olika till sin natur: den första baseras på mätning av tid och den andra baseras på mätning av längd. Vanligtvis väljs frekvens som huvudstorhet, eftersom dess värde inte beror på utbredningsförhållandena och, lika viktigt, det finns högprecisionsfrekvensstandarder med vilka de uppmätta frekvenserna kan jämföras. De viktigaste egenskaperna hos instrument som används för att mäta frekvens och våglängd är: relativa fel, känslighet, intervall av uppmätta frekvenser och driftsäkerhet. Det relativa felet för en anordning förstås som förhållandet mellan skillnaden mellan den uppmätta frekvensen och referensfrekvensen och värdet på referensfrekvensen. Enligt noggrannhet är alla enheter indelade i tre grupper: låg noggrannhet med ett relativt fel på mer än 0,1 %, medium noggrannhet med ett fel på (0,01-0,1) % och hög noggrannhet med ett fel på mindre än 0,01 %. Anordningens känslighet kännetecknas av den minsta signaleffekt som tillförs frekvensmätaren vid vilken frekvensavläsning är möjlig.

Frekvensmätningsmetoder allmän information

Oscillationsfrekvens är antalet kompletta svängningar per tidsenhet:

f=n/t(1)

Var t- livstid P tvekan.

För harmoniska vibrationer, frekvens f = 1/ T, Var T - period av svängning.

Frekvensenheten, hertz, definieras som en svängning per sekund. Frekvens och tid är oupplösligt kopplade, så mätningen av en eller annan kvantitet dikteras av experimentets bekvämlighet och det erforderliga mätfelet. I det internationella systemet för enheter SI är tid en av de sju grundläggande fysiska storheterna. Frekvensen av elektromagnetiska svängningar är relaterad till svängningsperioden T och längden av en homogen plan våg i fritt utrymme  genom följande relationer: med= 1 och f = Med, Var Med- ljusets hastighet lika med 299 792,5 ± 0,3 km/s.

Frekvensspektrumet för elektromagnetiska svängningar som används inom radioteknik sträcker sig från bråkdelar av en hertz till tusentals gigahertz. Detta spektrum delas först in i två områden - låga och höga frekvenser. Låga frekvenser inkluderar även infraljud (under 20 Hz), ljud (20-20 000 Hz) och ultraljud (20-200 kHz). Högfrekvensområdet är i sin tur uppdelat i höga frekvenser (20 kHz - 30 MHz), ultrahöga (30 - 300 MHz) och ultrahöga (över 300 MHz). Den övre gränsen för ultrahöga frekvenser ökar kontinuerligt och har för närvarande nått 80 GHz (exklusive det optiska området). Denna separation förklaras av olika sätt att producera elektriska vibrationer och skillnaden i deras fysiska egenskaper, såväl som egenskaperna för utbredning över ett avstånd. Det är dock omöjligt att dra en tydlig gräns mellan enskilda delar av spektrumet, så denna uppdelning är till stor del godtycklig.

), som beskrev det elektromagnetiska fältet, visade teoretiskt att det elektromagnetiska fältet i ett vakuum kan existera i frånvaro av källor - laddningar och strömmar. Ett fält utan källor har formen av vågor som fortplantar sig med en ändlig hastighet, som i ett vakuum är lika med ljusets hastighet: Med= 299792458±1,2 m/s. Sammanträffandet av hastigheten för utbredning av elektromagnetiska vågor i vakuum med den tidigare uppmätta ljushastigheten gjorde att Maxwell kunde dra slutsatsen att ljus är elektromagnetiska vågor. En liknande slutsats låg senare till grund för den elektromagnetiska teorin om ljus.

1888 fick teorin om elektromagnetiska vågor experimentell bekräftelse i G. Hertz experiment. Med hjälp av en högspänningskälla och vibratorer (se Hertz vibrator) kunde Hertz utföra subtila experiment för att bestämma utbredningshastigheten för en elektromagnetisk våg och dess längd. Det bekräftades experimentellt att utbredningshastigheten för en elektromagnetisk våg är lika med ljusets hastighet, vilket bevisade ljusets elektromagnetiska natur.

Allmänna egenskaper hos vågprocesser.

1. Exempel och klassificering av vågprocesser efter fysisk natur, typ av energiöverföring, typ av oscillerande storhet, form på vågytor.

1.1. Vilka kvantiteter fluktuerar i en ljudvåg, en elektromagnetisk våg, en våg på vattenytan? (minst två för varje typ av vågor)

1.2. Ge exempel på longitudinella och tvärgående vågor.

1.3. Vilka vågor överför inte energi i rymden? Ge ett exempel på sådana vågor.

1.4. Ge exempel på skalära och vektorvågor.

1.5. Ge exempel på resande och stående vågor.

2. Egenskaper för harmoniska vågor. Period, frekvens, cyklisk frekvens, vågnummer, vågvektor.

2.01. Vad är våglängd?

2.02. Vilken är våglängdsordningen för radiovågor, röntgenstrålar och gammastrålar?

2.03. Ange våglängdsområdet för synlig strålning.

2.04. Vilka är våglängderna för infraröd och ultraviolett strålning?

2.05. Vad är en vågyta?

2.06. Vilka typer av vågytor finns det?

2.07. Hur skiljer sig en plan våg från en sfärisk våg?

2.08. Vad är ett vågtal, i vilka enheter mäts det i SI-systemet?

2.09. Vad är fasen för vågor, i vilka enheter mäts den i SI-systemet?

2.10. Vad är vågamplitud, i vilka enheter mäts den i SI-systemet?

2.11. Vad är en vågvektor, i vilka enheter mäts dess modul i SI-systemet?

2.12. Vad är perioden för elektromagnetiska vågor, i vilka enheter mäts det i SI-systemet?

2.12. Vad är den cykliska frekvensen för elektromagnetiska vågor, i vilka enheter mäts den i SI-systemet?

2.13. Hur mäts amplituden av elektromagnetiska vågor i SI-systemet?

2.14. Hur mäts fasen för elektromagnetiska vågor i SI-systemet?

3. Generaliserad endimensionell och tredimensionell vågekvation. Vågfunktion för en plan våg som rör sig längs och mot Ox-axeln, för en plan våg med en godtycklig vågvektor.

3.1. Skriv vågfunktionen för plana vågor som färdas längs axeln Åh.

3.2. Skriv vågfunktionen för plana vågor som rör sig mot axeln Åh.

3.3. Skriv vågfunktionen för sfäriska vågor som utgår från origo.

3.4. Skriv vågfunktionen för plana vågor som rör sig i en godtycklig riktning.

3.5. Vilken ekvation följer vågfunktionen för plana skalära vågor som färdas längs axeln Åh?

3.6. Vilken ekvation lyder vågfunktionen för skalära vågor i tredimensionellt rymd?

4. Grupp av vågor. Fashastighet, dess samband med cyklisk frekvens och vågnummer. Grupphastighet, dess uttryck i termer av fashastighet med hänsyn till mediets spridningslag.

4.01. Vad är fashastighet?

4.02. Vilken formel relaterar fashastigheten och cyklisk frekvens för elektromagnetiska vågor i vakuum?

4.03. Vad är en våggrupp?

4.04. Vad är principen för vågsuperposition?

4.05. Vad är signalspektrumet?

4.06. Vilken är graden av monokromaticitet?

4.07. Vad är grupphastighet?

4.08. I vilket fall sammanfaller grupphastigheten för vågor med fashastigheten?
4.09. Vad är varians?

4.10. Vilken spridning kallas normal?

4.11. Vilken typ av spridning kallas anomal?

Allmänna egenskaper hos elektromagnetiska vågor (EMW)

5. Härledning av vågekvationen för elektromagnetiska vågor. Samband mellan fashastighet och materialkonstanter för mediet.

5.1. Från vilka ekvationer härleds EMW-ekvationen?

5.2. Hur uttrycks hastigheten för elektromagnetiska vågor i termer av konstanter e 0 m 0?

5.3. Hur beror hastigheten på elektromagnetiska vågor på mediets dielektriska konstant?

5.4. Vad är en vektorrotor?

5.5. Vad är absoluta och relativa brytningsindex?

5.6. Vilka linser, och i vilken situation, ger en virtuell bild av ett verkligt objekt?

5.7. Vilka speglar, och i vilken situation, ger en virtuell bild av ett verkligt objekt?

5.8. Vad är den optiska styrkan hos en lins, hur beräknar man den?

5.9. Vad är den optiska styrkan hos en sfärisk spegel, hur beräknar man den?

5.10. Vad är fokus för ett objektiv, hur beräknar man det?

5.11. Vad är fokus för en sfärisk spegel, hur beräknar man det?

5.12. Konvergerar eller divergerar en bikonkav glaslins i luft?

5.13. Konvergerar eller divergerar en luftbikonkav lins i vatten?

5.14. Konvergerar eller divergerar en bikonvex glaslins i luften?

5.15. Konvergerar eller divergerar en luft bikonvex lins i vatten?

5.14. Vilka linser, och i vilken situation, ger en förstorad bild av ett verkligt föremål?

5.15. Vilka speglar, och i vilken situation, ger en förstorad bild av ett verkligt föremål?

6. Förhållandet mellan vågvektorn, vektorerna för elektrisk och magnetisk intensitet i en plan elektromagnetisk våg.

6.1. Hur är elektriska och magnetiska intensiteter relaterade till varandra för elektromagnetiska vågor i vakuum?

6.2. Hur hittar man utbredningsriktningen för vågor baserat på riktningarna för elektrisk och magnetisk intensitet hos elektromagnetiska vågor i ett vakuum?

7. Volumetrisk energitäthet. Vektor för energiflödestäthet. Intensitet.

7.1. Hur många gånger kommer vågornas intensitet att öka när amplituden ökar med 1,5 gånger?

7.2. Vad är vektorn för energiflödestäthet, i vilka enheter mäts dess modul i SI-systemet?

7.3. Vad är en Poynting-vektor?

8. Elektromagnetisk vågpuls. Volumetrisk momentumdensitetsvektor Lätt tryck.

8.1. Verkan av vilken kraft (vilka krafter) förklarar lätt tryck?

8.2. Hur är den volymetriska energitätheten och modulen för den volymetriska densitetsvektorn för EMW-pulsen relaterade?

Elektromagnetiska vågor klassificeras efter våglängd λ eller tillhörande vågfrekvens f. Observera också att dessa parametrar inte bara kännetecknar vågen utan även kvantegenskaperna hos det elektromagnetiska fältet. Följaktligen, i det första fallet, beskrivs den elektromagnetiska vågen av de klassiska lagar som studeras i denna kurs.

Låt oss överväga begreppet spektrum av elektromagnetiska vågor. Spektrum av elektromagnetiska vågorär frekvensbandet för elektromagnetiska vågor som finns i naturen.

Spektrum av elektromagnetisk strålning i ordning med ökande frekvens är:

Olika delar av det elektromagnetiska spektrumet skiljer sig åt i hur de sänder ut och tar emot vågor som tillhör en eller annan del av spektrumet. Av denna anledning finns det inga skarpa gränser mellan olika delar av det elektromagnetiska spektrumet, utan varje område bestäms av sina egna egenskaper och förekomsten av dess lagar, bestämt av förhållandena mellan linjära skalor.

Radiovågor studeras med klassisk elektrodynamik. Infrarött ljus och ultraviolett strålning studeras av både klassisk optik och kvantfysik. Röntgen- och gammastrålning studeras inom kvant- och kärnfysik.

Låt oss överväga spektrumet av elektromagnetiska vågor mer detaljerat.

Lågfrekventa vågor

Lågfrekventa vågor är elektromagnetiska vågor vars oscillationsfrekvens inte överstiger 100 kHz). Det är detta frekvensområde som traditionellt används inom elektroteknik. Inom industriell kraftteknik används en frekvens på 50 Hz, vid vilken elektrisk energi överförs genom ledningar och spänningen omvandlas av transformatoranordningar. Inom flyg och marktransporter används ofta en frekvens på 400 Hz, vilket ger 8 gånger viktfördelen för elektriska maskiner och transformatorer jämfört med en frekvens på 50 Hz. De senaste generationerna av switchade nätaggregat använder växelströmstransformationsfrekvenser för enheter och tiotals kHz, vilket gör dem kompakta och energirika.
Den grundläggande skillnaden mellan lågfrekvensområdet och högre frekvenser är fallet i hastigheten för elektromagnetiska vågor i proportion till kvadratroten av deras frekvens från 300 tusen km/s vid 100 kHz till ungefär 7 tusen km/s vid 50 Hz.

Radiovågor

Radiovågor är elektromagnetiska vågor vars våglängder är större än 1 mm (frekvens mindre än 3 10 11 Hz = 300 GHz) och mindre än 3 km (över 100 kHz).

Radiovågor är indelade i:

1. Långa vågor i längdområdet från 3 km till 300 m (frekvens i intervallet 10 5 Hz - 10 6 Hz = 1 MHz);

2. Medelvågor i längdområdet från 300 m till 100 m (frekvens i området 106 Hz -3*106 Hz = 3 MHz);

3. Korta vågor i våglängdsområdet från 100 m till 10 m (frekvens i intervallet 310 6 Hz-310 7 Hz=30 MHz);

4. Ultrakorta vågor med en våglängd mindre än 10m (frekvens större än 310 7 Hz = 30 MHz).

Ultrakorta vågor är i sin tur indelade i:

A) metervågor;

B) centimetervågor;

B) millimetervågor;

Vågor med en våglängd på mindre än 1 m (frekvens mindre än 300 MHz) kallas mikrovågor eller ultrahögfrekventa vågor (mikrovågor).

På grund av radioområdets stora våglängder jämfört med atomernas storlek kan utbredningen av radiovågor övervägas utan att ta hänsyn till mediets atomstruktur, d.v.s. fenomenologiskt, vilket är brukligt när man konstruerar Maxwells teori. Radiovågornas kvantegenskaper uppträder endast för de kortaste vågorna som gränsar till den infraröda delen av spektrumet och under utbredningen av den sk. ultrakorta pulser med en varaktighet av storleksordningen 10 -12 sek - 10 -15 sek, jämförbar med tiden för elektronsvängningar inuti atomer och molekyler.
Den grundläggande skillnaden mellan radiovågor och högre frekvenser är ett annorlunda termodynamiskt förhållande mellan våglängden på vågbäraren (etern), lika med 1 mm (2,7°K), och den elektromagnetiska vågen som utbreder sig i detta medium.

Biologiska effekter av radiovågsstrålning

Den fruktansvärda offerupplevelsen av att använda kraftfull radiovågsstrålning i radarteknik visade den specifika effekten av radiovågor beroende på våglängden (frekvensen).

Den destruktiva effekten på människokroppen är inte så mycket genomsnittet som den maximala strålningseffekten, vid vilken irreversibla fenomen uppstår i proteinstrukturer. Till exempel påverkar kraften av kontinuerlig strålning från magnetronen i en mikrovågsugn (mikrovågsugn), som uppgår till 1 kW, endast mat i en liten sluten (avskärmad) volym av ugnen och är nästan säker för en person i närheten. Effekten hos en radarstation (radar) på 1 kW medeleffekt som avges av korta pulser med en arbetscykel på 1000:1 (förhållandet mellan repetitionsperioden och pulsens varaktighet) och följaktligen en pulseffekt på 1 MW, är mycket farligt för människors hälsa och liv på ett avstånd av upp till hundratals meter från sändaren. I det senare spelar naturligtvis också radarstrålningens riktning en roll, vilket understryker den destruktiva effekten av pulsad snarare än medeleffekt.

Exponering för mätarvågor

Högintensiva mätarvågor som sänds ut av pulsgeneratorer från mätradarstationer (radarer) med en pulseffekt på mer än en megawatt (som P-16 tidig varningsstation) och som står i proportion till längden på ryggmärgen hos människor och djur, såväl som längden på axoner, stör konduktiviteten i dessa strukturer, vilket orsakar diencefaliskt syndrom (HF-sjukdom). Det senare leder till den snabba utvecklingen (under en period av flera månader till flera år) av fullständig eller partiell (beroende på den mottagna pulsdosen av strålning) irreversibel förlamning av en persons lemmar, såväl som störningar av innervationen av tarmarna och tarmarna. andra inre organ.

Inverkan av decimetervågor

Decimetervågor är jämförbara i våglängd med blodkärl och täcker sådana mänskliga och djurs organ som lungor, lever och njurar. Detta är en av anledningarna till att de orsakar utvecklingen av "godartade" tumörer (cystor) i dessa organ. Utvecklas på ytan av blodkärlen, dessa tumörer leder till upphörande av normal blodcirkulation och störning av organfunktionen. Om sådana tumörer inte avlägsnas kirurgiskt i tid uppstår kroppens död. Decimetervågor av farliga intensitetsnivåer sänds ut av magnetronerna från sådana radarer som P-15 mobila luftförsvarsradarn, såväl som radarn från vissa flygplan.

Exponering för centimetervågor

Kraftfulla centimetervågor orsakar sjukdomar som leukemi - "vitt blod", såväl som andra former av maligna tumörer hos människor och djur. Vågor med tillräcklig intensitet för förekomsten av dessa sjukdomar genereras av radar med centimeteravstånd P-35, P-37 och nästan alla flygplansradarer.

Infraröd, ljus och ultraviolett strålning

Infraröd, ljus, ultraviolett strålning uppgår till optiskt område av spektrumet av elektromagnetiska vågor i ordets vida bemärkelse. Detta spektrum upptar området för elektromagnetiska våglängder i intervallet från 2·10 -6 m = 2 μm till 10 -8 m = 10 nm (frekvens från 1,5·10 14 Hz till 3·10 16 Hz). Den övre gränsen för det optiska området bestäms av långvågsgränsen för det infraröda området och den nedre gränsen av kortvågsgränsen för ultraviolett ljus (Fig. 2.14).

Närheten till de spektrala regionerna av de listade vågorna bestämde likheten mellan metoderna och instrumenten som användes för deras forskning och praktiska tillämpning. Historiskt sett har linser, diffraktionsgitter, prismor, membran och optiskt aktiva substanser som ingår i olika optiska anordningar (interferometrar, polarisatorer, modulatorer, etc.) använts för dessa ändamål.

Å andra sidan har strålning från det optiska området av spektrumet allmänna mönster för överföring av olika medier, som kan erhållas med hjälp av geometrisk optik, som ofta används för beräkningar och konstruktion av både optiska enheter och optiska signalutbredningskanaler. Infraröd strålning är synliga för många leddjur (insekter, spindlar, etc.) och reptiler (ormar, ödlor, etc.) , tillgänglig för halvledarsensorer (infraröda fotomatriser), men den överförs inte av jordens atmosfärs tjocklek, vilket tillåter inte observera från jordens yta infraröda stjärnor - "bruna dvärgar", som utgör mer än 90% av alla stjärnor i galaxen.

Frekvensbredden för det optiska området är ungefär 18 oktaver, varav det optiska området svarar för ungefär en oktav (); för ultraviolett - 5 oktaver ( ), infraröd strålning - 11 oktaver (

I den optiska delen av spektrumet blir fenomen orsakade av materiens atomstruktur betydande. Av denna anledning, tillsammans med vågegenskaperna hos optisk strålning, uppträder kvantegenskaper.

Ljus

Ljus, ljus, synlig strålning - den del av det optiska spektrumet av elektromagnetisk strålning som är synlig för ögonen på människor och primater, upptar området för elektromagnetiska våglängder i intervallet från 400 nanometer till 780 nanometer, det vill säga mindre än en oktav - en dubbel förändring i frekvens. Ris. 1.14. Elektromagnetisk vågskala Verbalt minnesmeme av färgernas ordning i ljusspektrumet: "TILL varje HANDLA OM apa OCH vill ha Z nat G trevlig MED hemlighet F iziki" - "Röd , Orange , Gul , Grön , Blå , Blå , Violett ".

Röntgen- och gammastrålning

Inom området röntgen- och gammastrålning kommer strålningens kvantegenskaper i förgrunden.

Röntgenstrålning uppstår när snabbt laddade partiklar (elektroner, protoner etc.) bromsas in, såväl som som ett resultat av processer som sker inuti atomernas elektroniska skal.

Gammastrålning är en följd av fenomen som uppstår inuti atomkärnor, såväl som som ett resultat av kärnreaktioner. Gränsen mellan röntgen- och gammastrålning bestäms konventionellt av värdet på energikvantumet som motsvarar en given strålningsfrekvens.

Röntgenstrålning består av elektromagnetiska vågor med en längd från 50 nm till 10 -3 nm, vilket motsvarar en kvantenergi från 20 eV till 1 MeV.

Gammastrålning består av elektromagnetiska vågor med en våglängd mindre än 10 -2 nm, vilket motsvarar en kvantenergi större än 0,1 MeV.

Ljusets elektromagnetiska natur

Ljus är den synliga delen av spektrumet av elektromagnetiska vågor, vars våglängder upptar intervallet från 0,4 µm till 0,76 µm. Varje spektral komponent av optisk strålning kan tilldelas en specifik färg. Färgen på de spektrala komponenterna i optisk strålning bestäms av deras våglängd. Färgen på strålningen ändras när dess våglängd minskar enligt följande: röd, orange, gul, grön, cyan, indigo, violett.

Rött ljus, som motsvarar den längsta våglängden, definierar den röda änden av spektrumet. Violett ljus - motsvarar den violetta bården.

Naturligt (dagsljus, solljus) ljus är inte färgat och representerar en överlagring av elektromagnetiska vågor från hela spektrumet som är synligt för människor. Naturligt ljus uppstår som ett resultat av emission av elektromagnetiska vågor från exciterade atomer. Excitationens natur kan vara olika: termisk, kemisk, elektromagnetisk, etc. Som ett resultat av excitation avger atomer slumpmässigt elektromagnetiska vågor i cirka 10 -8 sekunder. Eftersom energispektrumet för excitation av atomer är ganska brett, emitteras elektromagnetiska vågor från hela det synliga spektrumet, vars initiala fas, riktning och polarisering är slumpmässiga. Av denna anledning polariseras inte naturligt ljus. Detta betyder att "densiteten" för de spektrala komponenterna i elektromagnetiska vågor av naturligt ljus med ömsesidigt vinkelräta polarisationer är densamma.

Harmoniska elektromagnetiska vågor i ljusområdet kallas enfärgad. För en monokromatisk ljusvåg är en av huvudegenskaperna intensitet. Ljusvågsintensitet representerar medelvärdet för energiflödestätheten (1,25) som överförs av vågen:

Var är Poynting-vektorn.

Att beräkna intensiteten hos en lätt, plan, monokromatisk våg med en elektrisk fältamplitud i ett homogent medium med dielektrisk och magnetisk permeabilitet med hjälp av formel (1.35) med hänsyn till (1.30) och (1.32) ger:

Traditionellt anses optiska fenomen använda strålar. Beskrivningen av optiska fenomen med hjälp av strålar kallas geometrisk-optisk. Reglerna för att hitta strålbanor, utvecklade inom geometrisk optik, används ofta i praktiken för analys av optiska fenomen och vid konstruktion av olika optiska instrument.

Låt oss definiera en stråle baserad på den elektromagnetiska representationen av ljusvågor. Först och främst är strålar linjer längs vilka elektromagnetiska vågor utbreder sig. Av denna anledning är en stråle en linje, vid varje punkt där medelvärdet av Poynting-vektorn för en elektromagnetisk våg är riktad tangentiellt mot denna linje.

I homogena isotropa medier sammanfaller riktningen för den genomsnittliga Poynting-vektorn med normalen till vågytan (ekvifasytan), dvs. längs vågvektorn.

Således, i homogena isotropa medier, är strålarna vinkelräta mot motsvarande vågfront för den elektromagnetiska vågen.

Tänk till exempel på strålarna som sänds ut av en monokromatisk punktljuskälla. Ur geometrisk optiks synvinkel utgår många strålar från källpunkten i radiell riktning. Från positionen för den elektromagnetiska essensen av ljus fortplantar sig en sfärisk elektromagnetisk våg från källpunkten. På ett tillräckligt stort avstånd från källan kan vågfrontens krökning försummas, med tanke på att den lokalt sfäriska vågen är platt. Genom att dela upp vågfrontens yta i ett stort antal lokalt plana sektioner är det möjligt att dra en normal genom mitten av varje sektion, längs vilken en plan våg utbreder sig, d.v.s. i geometrisk-optisk tolkningsstråle. Sålunda ger båda tillvägagångssätten samma beskrivning av det övervägda exemplet.

Geometrisk optiks huvuduppgift är att hitta strålens riktning (bana). Banekvationen hittas efter att ha löst variationsproblemet att hitta minimum av de sk. åtgärder på de önskade banorna. Utan att gå in på detaljer om den strikta formuleringen och lösningen av detta problem kan vi anta att strålarna är banor med den kortaste totala optiska längden. Detta uttalande är en konsekvens av Fermats princip.

Variationsmetoden för att bestämma strålbanan kan också tillämpas på inhomogena medier, dvs. sådana medier där brytningsindex är en funktion av koordinaterna för mediets punkter. Om vi ​​beskriver formen på ytan på en vågfront i ett inhomogent medium med en funktion, så kan den hittas baserat på lösningen av den partiella differentialekvationen, känd som eikonalekvationen, och inom analytisk mekanik som Hamilton-Jacobi ekvation:

Således består den matematiska grunden för den geometrisk-optiska approximationen av elektromagnetisk teori av olika metoder för att bestämma fälten för elektromagnetiska vågor på strålar, baserat på den eikonala ekvationen eller på annat sätt. Geometrisk-optisk approximation används i stor utsträckning i praktiken inom radioelektronik för att beräkna den sk. kvasioptiska system.

Sammanfattningsvis noterar vi att förmågan att beskriva ljus samtidigt både från vågpositioner genom att lösa Maxwells ekvationer och använda strålar, vars riktning bestäms från Hamilton-Jacobis ekvationer som beskriver partiklars rörelse, är en av manifestationerna av den skenbara dualism av ljus, vilket, som bekant, ledde till formuleringen logiskt motsägelsefulla principer för kvantmekaniken.

I själva verket finns det ingen dualism i naturen hos elektromagnetiska vågor. Som Max Planck visade 1900 i sitt klassiska verk "On the Normal Spectrum of Radiation", är elektromagnetiska vågor individuella kvantiserade svängningar med en frekvens v och energi E=hv, Var h =konst, i luften. Det senare är ett superfluidmedium som har en stabil egenskap av diskontinuitet i mått h- Planck är konstant. När etern utsätts för energi som överstiger hv Under strålning bildas en kvantiserad "virvel". Exakt samma fenomen observeras i alla superfluid media och bildandet av fononer i dem - kvanta av ljudstrålning.

Livskomfort ges av olika apparater och installationer som avger vågor som påverkar hälsan i höga koncentrationer. Därför bör varje person veta hur man mäter elektromagnetisk strålning för att skydda sig mot negativa effekter.

Definition av begreppet

Elektromagnetisk strålning definieras som ett förändrat tillstånd av det elektromagnetiska fältet. Det genereras av rörelsen av elektriska laddningar och kan påverka en person långt från källan, vilket minskar dess påverkan med ökande avstånd.

Strålning består av vågor, som är indelade i följande typer:

• radioemission;
• infraröd;
• terahertz;
• ultraviolett;
• synligt ljus;
• Röntgen.

Varje utrymme utsätts för olika frekvenser, våglängder och polarisationer. I detta fall kan strålning ha en negativ inverkan på driften av elektriska apparater och levande organismer.

Det första tecknet på en ökning av nivån av elektromagnetisk strålning i en lägenhet eller industrilokal är felaktig användning av hushållsapparater (deras haverier och fel), störningar vid återgivning av bilder och ljud på en TV, felaktig användning av persondatorer och störningar inom radiokommunikation.

Hur skadlig är elektromagnetisk strålning?

Människokroppen och husdjuren är beroende av miljöförhållandena. Varje dag möter en person driften av många enheter som kan påverka den elektromagnetiska bakgrunden. Vid förhöjda nivåer av denna bakgrund måste skyddsåtgärder vidtas.

En person i ett rum kan påverkas negativt av elektriska ledningar och elektriska apparater, närliggande kraftledningar, transformatorstationer, sändande tv- och radiostationer. En större påverkan kan orsakas av EMR som har höga frekvenser när de ligger på nära avstånd.

Exponering för källor som genererar strålning har en skadlig effekt på:

• hjärta och blodkärl;
• immunförsvar;
• kvinnlig och manlig sexuell hälsa;
• nervsystemet och det endokrina systemet.

Ökad elektromagnetisk bakgrund orsakar trötthet i kroppen, orsakar blodsjukdomar och maligna tumörer. Därför bör varje person veta hur man mäter elektromagnetisk strålning.

Exempel på elektromagnetisk bakgrund

Du kan tydligt föreställa dig nivån av elektromagnetisk strålning med följande exempel. För detta ändamål är det inre utrymmet på ett kontor lämpligt, där det finns följande enheter: en persondator med WI-FI, en mobiltelefon, en WI-FI-router, en Yota WiMax-enhet, en mikrovågsugn, ett hushåll fläkt.

Var och en av enheterna genererar elektromagnetisk strålning. När enhetens tillstånd ändras ändras det också. ATT-2592-mätaren visar de maximala siffrorna när enheten fungerar och är placerad bredvid mätaren. Följaktligen kommer minimum att vara för en avstängd anordning som är placerad på avstånd och som avger strålning bort från mätaren.

Till exempel kommer den högsta spänningen av elektrisk strålning som ligger bredvid en mobiltelefonmätare med en sensor riktad mot antennen att vara 24,52 V/m, med en rundstrålande - 11,44 V/m. Om den sändande enheten är 0,3 m från sensorn och antennen vänds åt sidan blir det högsta spänningsvärdet 10,65 V/m. Exemplet visar tydligt hur elektromagnetisk bakgrund kan reduceras.

Instruktioner för manuell strålningsmätning

För att mäta elektromagnetisk strålning i en lägenhet måste du först förbereda de nödvändiga verktygen och enheterna. För att fungera behöver du en skruvmejsel med en indikator, en enkel radiomottagare och en handhållen analysator för att mäta strålning.

Processen att mäta strålning med en mottagare inkluderar följande steg:

• Dra ut antennen ur mottagaren och skruva fast en trådögla med en diameter på 40 cm.
• Ställ in radion på en tom frekvens.
• Gå långsamt runt i rummet och lyssna på mottagarens ljud.
• Dra en slutsats: platsen där distinkta ljud hörs är en strålningskälla.

Mätningen av elektromagnetisk strålning kan utföras visuellt med en indikatorskruvmejsel med en lysdiod. Du kan köpa den i butiken. Om du för enheten nära den påslagna enheten kommer indikatorn att lysa rött, vars intensitet kommer att indikera styrkan på strålningen. Dessa metoder låter dig inte bestämma strålning i antal.

Diagnostik med en speciell enhet

En speciell enhet – en handhållen analysator – hjälper dig att mäta elektromagnetisk strålning i siffror. Den fungerar vid olika frekvenser och låter dig fånga nivån av elektromagnetisk fältstyrka. Enheten är tillgänglig för anställda vid statens sanitära och epidemiologiska övervakningstjänster, arbetarskydds- och certifieringsorganisationer.

Denna elektromagnetiska strålningsmätare justeras till önskat frekvensläge. Därefter väljs måttenheterna. Dessa kan vara volt/meter eller mikrowatt/cm². Enheten övervakar den valda frekvensen och resultaten visas på datorn.

Enhetsbeskrivning

Det finns många instrument med vilka elektromagnetisk strålning mäts. Den optimala lösningen är ATT-2592 elektromagnetisk strålningsnivåmätare. Enheten är bärbar, har en 3-kanals sensor, en bakgrundsbelyst LCD-skärm, en minneskapacitet på 99 mätningar, drivs av ett Krona-batteri (9 V), dimensioner 60/60/237, väger 200 g.

Mätningar utförs isotropiskt i frekvensområdet från 50 MHz till 3,5 GHz, samplingsfrekvensen är 2 gånger per sekund, stängs av automatiskt efter 15 minuter. Enheten låter dig mäta spänning i följande enheter: mV/m, V/m, µA/m, mA/m, µW/m², mW/m², µW/cm².

EMR mätningsprocedur

I alla rum finns det risk för överskott av elektromagnetisk bakgrund. Om detta är en produktionsanläggning, så är det strikt övervakning av indikatorer. I bostadslokaler måste ägaren själv ta hand om hur man mäter elektromagnetisk strålning och minimerar dess skadliga effekter.

Endast specialister kan ge en korrekt bild av EMR i ett privat hem. De verkar inom lagen enligt följande schema. När SES-tjänsten får en motsvarande ansökan går arbetare till platsen med specialutrustning för att bedöma tillståndet för den elektromagnetiska bakgrunden i rummet.

Enheterna låter dig få korrekt data, som sedan bearbetas. Vid normal bakgrund vidtas inga åtgärder. Om indikatorerna överskattas utvecklas en uppsättning åtgärder som kan leda till en minskning av bakgrunden. Först och främst klargörs orsaken till denna situation. Dessa kan vara fel i design och konstruktion, brott mot reglerna för driften av anläggningen.

Undersökning av elektromagnetisk strålning

Det elektromagnetiska fältet bildas av växelverkan mellan motsatta laddningar av fysiska kroppar med varandra, bildas bredvid genereringskällan och är uppdelad i tre typer (fjärr, mellanliggande, nära).

Mängden elektromagnetisk strålning beräknas med hjälp av två komponenter: elektrisk (volt/meter) och magnetisk (tesla). Båda är uppdelade i låg- och högfrekventa vågor, som har olika ursprung och förekomstförhållanden. Den andra komponenten har en skadlig effekt på levande varelser.

Ett elektriskt fält över det normala är typiskt för platser där faxar, tv-apparater, skrivare, spisar och kopiatorer är installerade och avger elektromagnetiska vågor som rör sig i rymden. Magnetfältets nivå ökar nära elektriska ledningar, transformatorer och antenner, eftersom det uppstår på grund av strömförflyttning genom ledningarna.

Som en del av arbetet för Ryska federationens sanitära och epidemiologiska tjänst antogs en federal lag på grundval av vilken representanter för tjänsten genomför en undersökning av lokaler med hjälp av specialutrustning. Inspektionsobjekten är elektriska hushållsapparater, radiokommunikationssystem, transformatorstationer, radarinstallationer och kraftledningar.

Sanitära standarder

Lagen fastställer standarder för elektromagnetisk strålning. Den maximalt tillåtna hastigheten för den emitterade magnetiska komponenten är från 0,2 till 10 µT. En ökad nivå av magnetfältet registreras när strålningsfrekvensen når 50 Hz. Ett korrekt installerat strömförsörjningssystem hjälper till att förhindra magnetisk strålning från att överskrida normen.

Standarderna för det elektriska fältet innehåller följande indikatorer som är inskrivna i lagen:

• bostadslokaler (upp till 0,5 kV/m);
• bostadsområde (upp till 1 kV/m);
• utanför bostadsområdet (upp till 5 kV/m);
• vid korsningen av högspänningsledningar med klass I-IV motorvägar (upp till 10 kV/m);
• i obebodda områden (upp till 20 kV/m).

Om tjänstemän bryter mot dessa normer föreskrivs administrativt ansvar. Dessa indikatorer är viktiga för sommarboende, eftersom tomterna ofta ligger i området för högspänningsledningar.

Det är mycket viktigt att komma ihåg att en person ofta omedvetet exponeras för EMR, eftersom han helt enkelt inte har förmågan att självständigt mäta nivån av emitterade vågor. Dessutom är normerna villkorliga till sin natur, eftersom det fortfarande är nödvändigt att ta hänsyn till kroppens individuella egenskaper.

Metoder för skydd mot exponering

I händelse av att det fastställs att exponeringen för elektrisk ström på en person överstiger normen, är det nödvändigt att minska vistelsen i riskzonen till ett minimum. Att öka det möjliga avståndet från en skadlig källa gör det i många fall möjligt att minska oönskade effekter på kroppen.

En annan metod för skydd är installationen av speciella strukturer som förhindrar spridningen av farliga vågor. Försumma inte personlig skyddsutrustning (skor, kläder, glasögon, masker, etc.). Dessa föremål används av specialister under arbetet och kan minska skadliga indikatorer.

Det finns så kallade organisatoriska skyddsmedel. De används då och då i förhållande till hela teamet (att arbeta, bo i områden med möjlig ökad bakgrund). Sådana medel inkluderar rutinmässiga medicinska undersökningar och semester, som hjälper till att skydda människors hälsa.

Elektricitet är en viktig uppfinning av mänskligheten. Det är omöjligt att föreställa sig vårt liv utan det idag. Men samtidigt kan EMR som genereras när elektricitet används för mänskliga behov ha en negativ inverkan på liv och hälsa.

Lungläkare, terapeut, kardiolog, funktionell diagnostikläkare. Läkare av högsta kategori. Arbetslivserfarenhet: 9 år. Utexaminerad från Khabarovsk State Medical Institute, klinisk residens i terapi. Jag är engagerad i diagnostik, behandling och förebyggande av sjukdomar i inre organ, och utför även medicinska undersökningar. Jag behandlar sjukdomar i andningsorganen, mag-tarmkanalen och hjärt-kärlsystemet.