Проект "Электромагнитное поле"

Выполнение индивидуального проекта по физике на тему «Электромагнитное поле» в 9 классе способствует углублению знаний по одному из разделов физики, формированию целостного представления о взаимосвязи электрических и магнитных явлений. Проект способствует не только освоению учебного материала, но и развитию познавательной активности, критического мышления и понимания роли физики в современном мире.

Данная исследовательская работа об электромагнитном поле учащегося 9 класса школы также повышает уровень научного мышления и интерес к физике, так как показывает, как электромагнитные поля используются в современных технологиях — связи, энергетике, медицине и электронике. Кроме того, формируется осознанное отношение к вопросам электромагнитной безопасности и рационального использования технических устройств.

Оглавление

Введение
ГЛАВА I. Электромагнитное поле
1.1. История открытия
ГЛАВА II. Источники электромагнитных полей
2.1. Влияние электромагнитных полей на организм человека
2.2. Способы защиты от электромагнитного поля
ГЛАВА III.Опыт Эрстеда
Заключение
Список использованной литературы и интернет-ресурсы

Почему я выбрал эту тему: Я выбрал эту тему, потому что она показалась мне интересной. Я захотел узнать, что же такое электромагнитное поле. Об этом я и рассказал в своей работе.

Актуальность: Для меня эта тема показалась актуальной, так как мне интересна физика и мы уже начали проходить эту тему на уроках. Я думаю, то что я исследовал в своей работе мне пригодится в дальнейшем моем обучении или в работе.

Цели: Узнать всё о электромагнитном поле.

Задачи:

1. Узнать, что такое электромагнитное поле.
2. Познакомится с историей открытия.
3. Познакомится с источниками электромагнитных полей.
4. Узнать влияние электромагнитного поля на человека и его здоровье.
5. Ознакомиться со способами защиты от ЭМП.
6. Доказать существование взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями.

Электромагнитное поле (ЭМП) (также электромагнитное поле или ЭДС) - это классическое (то есть не квантовое) поле, создаваемое движущимися электрическими зарядами. Это поле, описываемое классической электродинамикой (классической теорией поля) и являющееся классическим аналогом квантованного тензора электромагнитного поля в квантовой электродинамике (квантовой теории поля).

Электромагнитное поле распространяется со скоростью света (фактически, это поле можно определить, как свет) и взаимодействует с зарядами и токами. Его квантовый аналог является одной из четырех фундаментальных сил природы (другими являются гравитация, слабое взаимодействие и сильное взаимодействие).

Поле можно рассматривать как комбинацию электрического и магнитного полей. Электрическое поле создается стационарными зарядами, а магнитное поле - движущимися зарядами (электрическими токами); эти два часто описываются как источники поля. Способ взаимодействия зарядов и токов с электромагнитным полем описывается уравнениями Максвелла (которые также описывают, как изменяющееся во времени поле может создавать другие поля, и объясняют, почему электромагнитное излучение не нуждается в какой-либо среде для распространения) и законом силы Лоренца.

С классической точки зрения истории электромагнетизма электромагнитное поле можно рассматривать как гладкое, непрерывное поле, распространяющееся волнообразно. Напротив, с точки зрения квантовой теории поля, это поле рассматривается как квантованное; это означает, что свободное квантовое поле (т. Е. невзаимодействующее поле) может быть выражено как сумма Фурье операторов создания и уничтожения в пространстве энергия-импульс, в то время как эффекты взаимодействующего квантового поля могут быть проанализированы теория возмущений с помощью S-матрицы с помощью целого ряда математических методов, таких как ряды Дайсона, теорема Вика, корреляционные функции, операторы эволюции во времени, диаграммы Фейнмана и т.д.

Обратите внимание, что квантованное поле все еще пространственно непрерывно; его энергетические состояния, однако, дискретны; Его энергетические значения должны быть кратными целым числам, дискретным квантам энергии, называемым фотонами, создаваемым операторами создания квантового поля. В общем, частота квантованного поля может быть любым значением выше нуля, и, следовательно, значение кванта энергии (фотона) может быть любым значением выше нуля или даже непрерывно меняться во времени.

Простыми словами электромагнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Если сказать более проще, то ЭМП является совокупностью электрических и магнитных полей, которые при определенных условиях могут порождать друг друга.
Распространяемое на дальние расстояния поле превращается в электромагнитную волну. Именно таким образом передается информация. Стоит отметить, что любая электромагнитная волна легко может распространяться в безвоздушном пространстве (в вакууме) со скоростью света.

Электрические и магнитные явления известны человечеству с античных времен, ведь все же видели молнию, и многие древние знали о магнитах, притягивающих некоторые металлы. Багдадская батарейка, изобретенная 4000 лет назад — одно из свидетельств того, что задолго до наших дней человечество электричеством пользовалось, и судя по всему знало как оно работает. Тем не менее, считается, что до начала 19 века электричество и магнетизм рассматривались всегда отдельно друг от друга, принимались как несвязанные между собой явления, и относились к различным разделам физики.

Изучение магнитного поля началось в 1269 году, когда французский учёный Пётр Перегрин отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» по аналогии с полюсами Земли.

Эрстед в своих экспериментах только в 1819 году обнаружил отклонение стрелки компаса, расположенного вблизи проводника с током, и тогда ученым был сделан вывод о том, что существует некая взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями.

Спустя 5 лет, в 1824 году, Ампер сумел математически описать взаимодействие токонесущего проводника с магнитом, а также взаимодействие проводников между собой, так появился Закон Ампера: «сила, действующая на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, пропорциональна длине проводника, вектору магнитной индукции, силе тока и синусу угла между вектором магнитной индукции и проводником».

Относительно действия магнита на ток, Ампер предположил, что внутри постоянного магнита присутствуют микроскопические замкнутые токи, которые и создают магнитное поле магнита, взаимодействующее с магнитным полем токонесущего проводника.

Еще через 7 лет, в 1831 году, Фарадей опытным путем обнаружил явление электромагнитной индукции, то есть ему удалось установить факт появления в проводнике электродвижущей силы в момент, когда на этот проводник действует изменяющееся магнитное поле. Смотрите - практическое применение явления электромагнитной индукции.

Например, двигая постоянный магнит возле проводника, можно получить в нем пульсирующий ток, а подавая пульсирующий ток в одну из катушек, на общем железном сердечнике с которой находится вторая катушка, во второй катушке также появится пульсирующий ток.
Через 33 года, в 1864 году, Максвелл сумел обобщить математически уже известные электрические и магнитные явления, - он создал теорию электромагнитного поля, согласно которой электромагнитное поле включает в себя взаимосвязанные электрическое и магнитное поля. Так, благодаря Максвеллу, стало возможным научное математическое объединение результатов предшествующих экспериментов в электродинамике.

Следствием этих важных выводов Максвелла явилось его предсказание о том, что в принципе любое изменение в электромагнитном поле должно порождать электромагнитные волны, которые распространяются в пространстве и в диэлектрических средах с некоторой конечной скоростью, которая зависит от магнитной и диэлектрической проницаемостей среды распространения волн.

Источниками электромагнитных полей являются атмосферное электричество, геомагнитные поля, промышленные установки, радиолокация, радионавигация, средства теле - и радиовещания, бытовые приборы, внутренние электрические сети в домах. Излучаемое ими поле разнится в зависимости от конкретных моделей - чем выше мощность прибора, тем больше создаваемое им магнитное поле.

Как показали многочисленные исследования, отрицательное воздействие ЭМП на организм может быть, как обратимым, так и необратимым. Среди них можно встретить даже изменения состава крови. Но, чаще всего встречаются:

• головные боли;
• понижение или повышение общего кровяного давления;
• нарушение зрения;
• разрушение некоторых чувствительных групп клеток (например, нейроны в мозгу);
• утомляемость;
• раздражительность и т.д.

Человеческий организм, если посмотреть на все в призме микроскопии, является комплексом групп клеток, которые гармонично взаимодействуют между собой. Передают они сигналы друг другу посредством электрических сигналов, которые при прохождении создают очень слабое ЭМП определенной частоты.

При попадании организма в ЭМП резонансной частоты все системы начинают работать неправильно. Еще хуже, если частота будет противофазной. Такой эффект значительно ослабляет связи между клетками и в результате появляется сбой. Если же сказать все немного проще, то электромагнитные поля воздействуют на молекулы различных соединений в организме и передают им свою энергию.

За счет этого повышается температура и появляется множество негативных последствий. Самым ярким тому примером является микроволновая печь, у которой магнетрон является излучателем, а разогреваемый продукт – приемником. Стоит отметить, что мобильные телефоны работают практически по тому же принципу, что очень сильно
настораживает и заставляет создавать новые виды защиты.

Есть три группы способов защиты от ЭМП:

• организационные: предотвращают попадание людей в зоны ЭМП высокой напряженности, создают специальные санитарно-защитные зоны;
• инженерно-технические: герметизация элементов схем и установок в целом, экранирование рабочего места, использование различных средств индивидуальной защиты;
• лечебно-профилактические: направленные на профилактику и заблаговременное выявление нарушений в состоянии здоровья людей.

Оборудование: компас, источник тока, лампочка, ключ, проводник.
Опыт Эрстеда заключается в следующем. На столе располагают магнитную стрелку, которая ориентируется с севера на юг в магнитном поле Земли, и параллельно ей сверху проводник, соединённый с источником тока. При замыкании цепи стрелка повернётся на 90° и встанет перпендикулярно проводнику.

При размыкании цепи стрелка вернётся в первоначальное положение. Если изменить направление тока на противоположное, то стрелка повернётся в обратную сторону. Опыт Эрстеда доказывает, что вокруг проводника, по которому течёт электрический ток, существует магнитное поле, которое действует на магнитную стрелку.

Опыт Эрстеда показал существование взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями. Магнитное поле действует на движущиеся заряды. На неподвижные заряды магнитное поле не действует.

В ходе выполнения исследовательской работы по физике на тему «Электромагнитное поле» я узнал о том, что такое электромагнитное поле, какая у него история открытия, какие бывают источники электромагнитного поля и способы защиты от ЭМП, и какое влияние оказывает электромагнитное поле на организм человека.

Ранее учеными считалось, что самую большую опасность для человеческого организма представляет радиация. Но, в последнее время приоритеты изменились в пользу электромагнитного излучения. По этой причине было проведено очень много исследований и сделано уйму заключений по минимальному загрязнению ЭМП среды обитания. Но, к сожалению, число излучателей с развитием технического прогресса неустанно растет.

Мобильные телефоны, телевидение, холодильники, планшеты, компьютеры, всеобщее распространение беспроводных сетей и т.д. – все они представляют непосредственную угрозу в виде нарушения биологических процессов не только в организме человека, но и во всем живом на нашей планете. По этой причине сегодня работает много ученых и защитников окружающей среды, и все они стремятся создавать приборы и устройства, которые имеют максимальную безопасность.

1. https://13.rospotrebnadzor.ru/center/services/zdorov_obraz/135871
2. https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.4900289c-63b6e366-a633fb94-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_Field
3. http://electricalschool.info/spravochnik/electroteh/1868-jelektromagnitnoe-pole-istorija.html
4. https://laboratoria.by/stati/vliyanie-elektromagnitnyx-polej-na-organizm-cheloveka
5. Л.А. Электромагнитные поля и волны: Учеб. пособие.- Томск. 2003.-214с
6. В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн.- М.: Наука, 1989, 476с.
7. Физика : 9 класс : учебник /А.В. Перышкин, Е. М. Гутник. - 7-е изд., перераб. - М. : Дрофа, 2019. - 350.