Виды электромагнитных механизмов кратко: 4. Электромагнитные механизмы.

3.3.Электромагнитные механизмы

Принцип работы электромагнит­ных измерительных механизмов основана на взаимодейст­вии электромагнитного поля, созданного неподвижной катушкой, по обмотке которой протекает измеряемый ток, с ферромагнитным сердечником, укреп­ленными на оси.

Поэтому подвижный сердечник вмес­те с осью и другими деталями, укрепленными на ней, по­ворачивается на некоторый угол.

Наибольшее распространение в настоящее время получили измерительные механизмы с плоской и круглой катушками, а также с замкнутым магнитопроводом.

Принцип действия и устройство наиболее распространенным типов электромагнитных измерительных механизмов показаны на рис. 3.3.1. (с плоской катушкой) и рис. 3.3.2 (с круглой катушкой)|

Рис. 3.3.1.1. Электромагнитный Рис. 3.3.1.2. Электромагнитный

измерительный механизм из­мерительный механизм

с плоской катушкой : с круглой катушкой: 1 — неподвижная катушка: 1 — неподвижная катушка;

2 — ферромагнитный сердечник: 2 — не­подвижный сердечник ;

3 — ось; 3 — подвижный сердечник

4 — противодействующая пружина; 4 — противодействующая

пружина

5 — ось

Измерительный механизм с плоской катушкой (рис. 3.3.1.) состоит из

катушки 1 с обмоткой из медного провода, имеющей воздушный зазор, и сердечника 2 из высокока­чественного ферромагнитного материала, пермаллоя; сердечник укрепляется на оси 3 с опорами или на растяжках. Противодействующий момент создается спи­ральной пружиной 4 или растяж­ками. Успокоение магнитоиндукционное или жидкостное.

В механизме с круглой катушкой (рис. 3.12) в электромагнитном поле, создава­емом измеряемым током, протекающим по неподвижной катуш­ке 1 помещаются два ферромагнитных сердечника. Сердечник 2 укреплен неподвижно внутри катушки, а подвижный сердечник 3 закреплен на оси 5. Оба сердечника под воздействием поля катуш­ки намагничиваются одноименно, в результате подвижный сер­дечник 3 отталкивается от неподвижного сердечника 2, повора­чивая, таким образом, ось

5 со стрелкой и крылом успокоителя. Противодействующий момент создается пружиной 4.

Рис. 3.3.1.3. Электромагнитный механизм с замкнутым магнитопроводом.

Механизмы с замкнутым магнитопроводом (рис. 3.3.3.) отличаются рядом преимуществ по сравнению с механиз­мами без магнитопровода.

Катушка 1 расположена на неподвижном магнитопроводе 3 с двумя парами полюсных наконечников 4 и 5. Магнитопровод и полюсные наконечники выполнены из магнитомягкого материала. Подвижный сердечник 2 из магнитомягкой стали или пермаллоя, укрепленный на растяжках, может перемещаться в зазоре между полюсными наконеч­никами. Успокоитель жидкостный, состоящий из двух дис­ков

: один укреплен на подвижной части, а другой — на неподвижной. В маленький зазор между хорошо, отполиро­ванными поверхностями дисков заливается маловысыхающая жидкость определенной вязкости. При движении подвижной части из-за трения между слоями жидкости возни­кает момент успокоения.

При протекании постоянного тока I через катушку возникает электромагнитное поле, которое, воздействуя на подвижный сердечник 2, стремится расположить его так, чтобы энергия магнитного поля была наибольшей.

Энергия магнитного поля электромагнитного механизма, имеющего катушку с током I, равна:

где: L — индуктивность катушки; I — ток в обмотке ка­тушки.

При перемещении подвижной части изменяется индук­тивность системы

.

Вращающий момент определяется:

При протекании в обмотке катушки переменного тока:

i = I_m sin t

где i – мгновенное значение силы переменного тока;

I_m – амплитуда переменного тока в данный момент подвижная часть вследствие инерционности ре­агирует на среднее значение вращающего момента, равное:

где I — действующее значение переменного тока в обмот­ке катушки.

Противодействующий момент, создаваемый пружиной,

где W — удельный противодействующий момент.

Установившееся отклонение подвижной части наступает при равенстве вращающего и противодействующего моментов. Условие статического равновесия:

М_ВР = -Мпр



можно получить выражение для угла отклонения

Шкала у электромагнитного изме­рительного прибора неравномерная (квадратичная), т. е. между измеряе­мой величиной (током) и углом отклонения нет пропорцио­нальной зависимости (зависимость квадратичная).

Выбором формы сердечника удается приблизить шкалу к равномерной, начиная с 15—20 % ее конечного значения, но в начале шкалы деления обычно сильно сжаты

При работе электромагнитного механизма на перемен­ном токе в окружающих металлических частях и сердечни­ке возникают вихревые токи, размагничивающие сердечник. Вследствие этого его показания на переменном токе немно­го меньше, чем на постоянном.

Указанное различие в пока­заниях прибора увеличивается с ростом частоты, но на час­тоте f = 50 Гц оно невелико.

Магнитное поле в электромагнитных механизмах без магнитопроводов, замыкающееся в основном по воздуху, невелико, поэтому внешние магнитные поля существенно влияют на показания приборов с такими механизмами.

Для уменьшения влияния внешних магнитных полей применяют экранированные конструкции.

При магнитном экранировании измерительный механизм помещается внутрь замкнутого ферромагнитного кожуха с достаточно большой магнитной проницаемостью. Такой ко­жух имеет экранирующее действие и в некоторой степени служит магнитопроводом, через который замыкается маг­нитный поток катушки. Для улучшения экранирующего действия применяют два или несколько экранов.

В механиз­мах с магнитопроводом собственное магнитное поле силь­ное, поэтому экранировать приборы с такими механизма­ми нет необходимости.

Недостатки электромагнитных механизмов:

неравномер­ная квадратичная шкала,

влияние внешних магнитных полей на механиз­мы без магнитопровода

большое собственное потребление мощности.

Достоинства электромагнитных механизмов

:

пригод­ность для работы на постоянном и переменном токе,

устой­чивость к токовым перегрузкам,

простота конструкции,

по­вышенная чувствительность у измерительного механизма с замкнутым магнитопроводом.

Благодаря отмеченным достоинствам электромагнитные механизмы используются в щитовых амперметрах и вольт­метрах класса 1,0 и более низких классов для измерений в цепях переменного тока. Кроме того, они применяются в пе­реносных многопредельных приборах класса 0,5.

Электромагнитные волны — скорость, длина, формулы

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

114.8K

Радио, Wi-Fi и вышки 5G — все это электромагнитные волны. Разбираемся, что это такое и рушим мифы про это странное явление.

Волны: что это и какими бывают

Давайте сначала разберемся, что такое волна.

Волна — это распространение колебаний в пространстве.

Волны бывают механическими и электромагнитными.

Главные герои этой статьи — электромагнитные волны. Немного удовлетворим ваше любопытство и скажем, что это те волны, которые мы потрогать не можем. Но все остальное чуть позже. Главное — терпение.

Механические волны — это те волны, колебания которых можно почувствовать физически, потому что они распространяются в упругой среде.

Представьте, что вы стоите на железнодорожных путях. Нет, вы не Анна Каренина, вы — экспериментатор.

Если к вам приближается поезд, вы рано или поздно его услышите. Вернее, услышите, как только звуковая волна со скоростью 𝑣 = 330 м/с

достигнет ваших ушей.

Если приложить ухо к рельсу, то это произойдет значительно быстрее, потому что скорость звука в твердом теле больше, чем в воздухе. Кстати, под водой скорость звука больше, чем в воздухе, но меньше, чем в твердых телах.

Если вы когда-нибудь трогали музыкальную колонку, то знаете, что звук чувствуется и на ощупь.

Волны также принято делить на продольные и поперечные:

Продольные — это те волны, у которых колебание происходит вдоль направления распространения волны.

• Дрожание окон во время грома или сейсмические волны (землетрясения) — это пример продольных волн.

Поперечные — волны, у которых колебание происходит поперек направления распространения волны.

• Представьте, что вы запустили волну из людей на стадионе — она будет поперечной.
• Видимый свет и дрожание гитарной струны — тоже поперечные волны.

Морская волна — продольная или поперечная? На самом деле в ней есть и продольная, и поперечная составляющие, поэтому ее нельзя отнести к конкретному типу.

Узнай, какие профессии будущего тебе подойдут

Пройди тест — и мы покажем, кем ты можешь стать, а ещё пришлём подробный гайд, как реализовать себя уже сейчас

Электромагнитные волны

Увы, мы не можем потрогать руками электромагнитные волны. Осталось разобраться, как это так: волна есть, а возможности пощупать ее — нет.

Электромагнитная волна появляется благодаря электромагнитному полю.

Вот есть электрическое поле — его создает любой электрический заряд. Есть магнитное поле — оно возникает из-за движущегося заряда. А их взаимодействие — это электромагнитное поле.

Если совсем честно, то электрическое и магнитное поле не могут существовать в отдельности, потому что частицы всегда есть электрическое поле и она всегда худо-бедно да движется. Рассмотрение в отдельности электрических и магнитных полей может быть только в теоретической физике. В реальных инженерных задачах рассматривается обязательно электромагнитное поле.

Электромагнитная волна — это распространение электромагнитного поля. А если конкретнее, то электрическое поле колеблется (меняет свое значение и направление вектор напряженности электрического поля), магнитное поле колеблется (меняет значение и направление вектор магнитной индукции), эти колебания распространяются, и получается электромагнитная волна.

К электромагнитным волнам относятся радио, Wi-Fi и даже свет.

Разве свет не из частиц состоит? Ничего от вас не скроешь. Дело в том, что свет — это как Гермиона с маховиком времени в двух местах сразу — одновременно и частица и волна. Можете перечитать фразу выше, чтобы с ней смириться. Это не шутка. Экспериментально давно обнаружено, что свет в одних экспериментах ведет себя, как частица, а в других, как волна. Все это безумство называется корпускулярно-волновым дуализмом. И это работает не только со светом, но и с другими волнами. В общем, у физики тоже бывает раздвоение личности.

Характеристики электромагнитной волны

Чтобы изучать любое явление, его нужно как-то охарактеризовать.

Длина волны

Это самая важная характеристика для волны. Ей называется расстояние между двумя точками этой волны, колеблющихся в одной фазе. Если проще, то это расстояние между двумя «гребнями».

Обозначается эта величина буквой λ и измеряется в метрах.

Еще длиной волны можно назвать расстояние, пройденное волной, за один период колебания.

Период

Период — это время, за которое происходит одно колебание. То есть, если дано время распространения волны и количество колебаний, можно рассчитать период.

Формула периода колебания волны T = t/N T — период [с] t — время [с] N — количество колебаний [-]

Для электромагнитных волн есть целая шкала длин волн. Она показывает длину волны и частоту для разных типов электромагнитных волн.

Частота

Частота — это величина, обратно пропорциональная периоду. Она определяет, сколько колебаний в единицу времени совершила волна.

Формула частоты колебания волны υ = N/t = 1/T υ — частота [Гц] t — время [с] N — количество колебаний [-] T — период [с]

Скорость

Также важной характеристикой распространения волны является ее скорость.

Чтобы вывести формулу скорости через длину волны, нужно вспомнить формулу скорости из кинематики — это раздел физики, в котором изучают движение тел без учета внешнего воздействия.

Формула скорости 𝑣 = S/t 𝑣 — скорость [м/с] S — путь [м] t — время [с]

Переходя к волнам, можно провести следующие аналогии:

• путь — длина волны
• время — период

А для скорости даже аналогия не нужна — скорость и Африке скорость.

Формула скорости волны 𝑣 = λ/T 𝑣 — скорость [м/с] λ — длина волны [м] T — период [с]

Для электромагнитной волны скорость равна скорости света — 𝑣 = 3*10^8 м/с. -12 с.

Теперь возьмем формулу скорости

𝑣 = S/t

По условию S = 1000λ

То есть

𝑣 = 1000λ/t

Выражаем длину волны

λ = 𝑣t/1000

Подставляем значения скорости света и известного нам времени:

λ = 3*108* 2*10-121000 =600 нм

И соотносим со шкалой видимого света

Из шкалы видно, что длине волны в 600 нм соответствует оранжевый цвет излучения.

Ответ: цвет освещения при заданных условиях будет оранжевым.

Попробуйте онлайн-курс подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в Skysmart!

Рубрика «Разрушаем мифы»

А теперь давайте немного о распространенных заблуждениях. Присаживайтесь поудобнее — этот разговор, к сожалению, не на пару минут.

Миф 1. Вышки 5G вредны для нашего здоровья

Одна из теорий против 5G гласит, что новый тип связи может стать причиной раковых заболеваний. Справедливости ради — такие же обвинения не раз поступали в адрес 2G, 3G, 4G и более ранних поколений беспроводных сетей.

Стандарт 5G может использовать разные частотные диапазоны. Как правило, это низкий диапазон 600 МГц, а также средние частоты 2,5 ГГц, 3,5 ГГц и 3,7–4,2 ГГц.

В России «Государственная комиссия по радиочастотам» (ГКРЧ) рекомендует для выделения и использования под 5G частотный диапазон 27,1-27,5 ГГц. Американским операторам также скоро будут доступны диапазоны 37 ГГц, 39 ГГц и 47 ГГц.

Диапазон от 30 ГГц (миллиметровые волны) относится к так называемому спектру крайне высоких частот — и именно он вызывает большинство опасений по поводу вреда 5G для здоровья человека. Все еще недостаточно исследований, которые изучают влияние высоких частот на организм.

Источник: The Islands’ Sounder

Тем не менее, известно, что даже в верхнем диапазоне излучение 5G не обладает достаточной энергией для разрушения человеческой ДНК или влияния на клетки. А значит, не может вызвать рак и не представляет опасность для нашего организма. По этой же причине нельзя верить в теорию, что 5G убивает птиц — этому излучению просто не хватит сил, чтобы кого-то убить.

К опасному излучению относятся волны, распространяемые на частотах от 30 ПГц (петагерц) — утрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Они могут влиять на атомную структуру клеток и разрывать химические связи в ДНК. Именно поэтому, например, врачи советуют избегать долгого пребывания на солнце.

Миф 2. Шапочки из фольги защищают от вредного излучения

Кстати, они наоборот любую электромагнитную волну усиливают. Это доказали студенты из MIT (Массачусетский технологический институт), которые исследовали это опытным путем.

Ребята установили антенну в четырех частях от головы добровольцев: на лбу, затылке, висках и в районе мозга. И сравнивали показатели радиосигнала в шапочке для фольги и без нее. Оказалось, что сигнал не ослабляется, а усиливается. Так что шапочка вас не спасет от вредного излучения, а наоборот — только усилит сигнал.

Миф 3. Микроволновки убивают еду, и она становится неживой

Электромагнитный фон возле СВЧ-печей выше больше, чем природный более, чем в миллион раз, но вреда человеку не наносит. Санитарные требования к этим приборам очень жёсткие, поэтому опасности микроволновка не представляет. Например, благодаря системе блокировки дверцы генерация микроволнового излучения прекращается, когда дверца открыта. Также в микроволновке обязательно должна быть система защиты от утечки излучения. Гораздо опаснее электромагнитные излучения от солнца или солярия, потому что там есть ультрафиолет, который легко повреждает клетки кожи человека.

Продукты становятся теплее за счёт нагревания в них воды. И когда мы их греем, могут образовываться радикалы — но это происходит при любом способе теплового воздействия. Например, при жарке могут образовываться ещё и канцерогены.

Наш организм способен бороться с небольшим количеством «вредных» радикалов благодаря иммунитету. При нагревании пищи образуется то количество радикалов, с которым организм способен бороться, поэтому ничего страшного ни в микроволновке, ни в кастрюле, в которой вы греете суп, нет.

 

Карина Хачатурян

К предыдущей статье

116.1K

Механическое движение

К следующей статье

Магнитное поле

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

16.

6: Электромагнитный спектр – Физика LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

4453

• OpenStax
• OpenStax

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять, как электромагнитные волны делятся на разные диапазоны в зависимости от длины волны и соответствующей частоты
• Описать, как генерируются электромагнитные волны различных категорий
• Опишите некоторые из многочисленных практических применений электромагнитных волн в повседневной жизни

Электромагнитные волны имеют широкий спектр практических повседневных применений, включая такие разнообразные применения, как связь по сотовому телефону и радиовещание, Wi-Fi, приготовление пищи, зрение, медицинская визуализация и лечение рака. В этом модуле мы обсуждаем, как электромагнитные волны классифицируются по таким категориям, как радио, инфракрасное, ультрафиолетовое и так далее. Мы также суммируем некоторые из основных приложений для каждого диапазона.

Различные категории электромагнитных волн различаются по диапазону длин волн или, что то же самое, по соответствующим диапазонам частот. Их свойства плавно изменяются от одного частотного диапазона к другому, с различными приложениями в каждом диапазоне. Краткий обзор производства и использования электромагнитных волн можно найти в таблице \(\PageIndex{1}\).

Таблица \(\PageIndex{1}\): электромагнитные волны

Тип волны	Производство	Приложения	Проблемы
Радио	Ускоряющие заряды	Связь, Дистанционное управление, МРТ	Требуется управление для использования диапазона
Микроволновые печи	Ускоряющие заряды и тепловое возбуждение	Связь, печи, радар, использование мобильного телефона
Инфракрасный	Термическое возбуждение и электронные переходы	Тепловидение, Обогрев	Поглощение атмосферой, парниковый эффект
Видимый свет	Термическое возбуждение и электронные переходы	Фотосинтез, человеческое зрение
Ультрафиолет	Термическое возбуждение и электронные переходы	Стерилизация, производство витамина D	Истощение озонового слоя, вызывающее рак
Рентген	Внутренние электронные переходы и быстрые столкновения	Безопасность, Медицинская диагностика, Терапия рака	Рак вызывает
Гамма-лучи	Ядерный распад	Ядерная медицина, Безопасность, Медицинская диагностика, Терапия рака	Вызывает рак, Радиационное повреждение

Соотношение \(c = f\lambda\) между частотой f и длиной волны \(\lambda\) применяется ко всем волнам и гарантирует, что большая частота означает меньшую длину волны. На рисунке \(\PageIndex{2}\) показано, как различные типы электромагнитных волн классифицируются в соответствии с их длинами волн и частотами, то есть показан электромагнитный спектр.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Электромагнитный спектр, показывающий основные категории электромагнитных волн.

Радиоволны

Термин радиоволны относится к электромагнитному излучению с длиной волны более 0,1 м. Радиоволны обычно используются для аудиосвязи (т. Е. Для радио), но этот термин используется для электромагнитных волн в этом диапазоне независимо от их применения. Радиоволны обычно возникают в результате переменного тока в проводах широковещательной антенны. Они охватывают очень широкий диапазон длин волн и делятся на множество поддиапазонов, включая микроволны, электромагнитные волны, используемые для AM- и FM-радио, сотовых телефонов и телевизионных сигналов.

Не существует самой низкой частоты радиоволн, но волны ELF или «чрезвычайно низкая частота» входят в число наиболее часто встречающихся самых низких частот, от 3 Гц до 3 кГц. Ускоряющий заряд в токах переменного тока линий электропередач создает электромагнитные волны в этом диапазоне. Волны КНЧ способны проникать в морскую воду, которая сильно поглощает электромагнитные волны более высокой частоты, и поэтому полезны для подводной связи.

Чтобы использовать электромагнитную волну для передачи информации, амплитуда, частота или фаза волны составляет модулировано или изменено контролируемым образом, который кодирует предполагаемую информацию в волну. В радиопередаче AM амплитуда волны модулируется, чтобы имитировать вибрации передаваемого звука. Из теоремы Фурье следует, что модулированная АМ-волна представляет собой суперпозицию волн, охватывающих некоторый узкий частотный диапазон. Каждой АМ-станции назначается определенная несущая частота, которая по международному соглашению может изменяться на \(\pm 5 \, кГц\). В FM-радиопередаче частота волны модулируется для передачи этой информации, как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\), а частоте каждой станции разрешено использовать 100 кГц с каждой стороны от ее несущей частоты. . Электромагнитная волна создает ток в приемной антенне, а радио или телевидение обрабатывают сигнал для создания звука и любого изображения. Чем выше частота радиоволны, используемой для передачи данных, тем больше детализированное изменение волны, которую можно передать путем ее модуляции в каждую единицу времени, и тем больше данных может быть передано в единицу времени. Присвоенные частоты для AM-вещания составляют от 540 до 1600 кГц, а для FM — от 88 до 108 МГц.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Электромагнитные волны используются для передачи сигналов связи путем изменения амплитуды волны (АМ), ее частоты (ЧМ) или фазы.

Разговоры по сотовому телефону и телевидение голосовые и видеоизображения обычно передаются в виде цифровых данных путем преобразования сигнала в последовательность двоичных единиц и нулей. Это обеспечивает более четкую передачу данных при слабом сигнале и позволяет использовать компьютерные алгоритмы для сжатия цифровых данных для передачи большего количества данных в каждом частотном диапазоне. Компьютерные данные также передаются в виде последовательности двоичных единиц и нулей, каждая из которых составляет один бит данных. 9{12} Гц\). Их высокие частоты соответствуют коротким длинам волн по сравнению с другими радиоволнами — отсюда и название «микроволновая печь». Микроволны также возникают в природе как космическое фоновое излучение, оставшееся с момента возникновения Вселенной. Наряду с другими диапазонами электромагнитных волн они входят в состав излучения, которое любой объект выше абсолютного нуля испускает и поглощает из-за теплового возбуждения , то есть от теплового движения его атомов и молекул.

Большая часть передаваемой через спутник информации передается по микроволновки . Радар является распространенным применением микроволн. Обнаружив и синхронизировав микроволновые эхо-сигналы, радиолокационные системы могут определять расстояние до таких разнообразных объектов, как облака, самолеты или даже поверхность Венеры.

Микроволны с частотой 2,45 ГГц обычно используются в микроволновых печах. Электроны в молекуле воды, как правило, остаются ближе к ядру кислорода, чем к ядрам водорода (рис. \(\PageIndex{3}\)). Это создает два отдельных центра с одинаковыми и противоположными зарядами, что придает молекуле дипольный момент. Колеблющееся электрическое поле микроволн внутри духовки создает крутящий момент, который стремится выровнять каждую молекулу сначала в одном направлении, а затем в другом, при этом движение каждой молекулы связано с другими молекулами вокруг нее. Это накачивает энергию в постоянное тепловое движение воды для нагревания пищи. Тарелка под едой не содержит воды и остается относительно ненагретой. 9-\) обозначают распределение заряда на молекулах.

Микроволны в микроволновой печи отражаются от стенок печи, так что суперпозиция волн создает стоячие волны, подобные стоячим волнам вибрирующей струны гитары или скрипки (нормальные режимы стоячей звуковой волны). Вращающийся вентилятор действует как мешалка, отражая микроволны в разных направлениях, а поворотные столы помогают распределить горячие точки. 9\, Гц)} \\[4pt] &= 6,02 \, см. \end{align}\]

Значение

Расстояние между горячими точками в микроволновой печи определяется длиной волны микроволн.

Сотовый телефон имеет радиоприемник и слабый радиопередатчик, оба из которых могут быстро настроиться на сотни специально назначенных микроволновых частот. Низкая интенсивность передаваемого сигнала придает ему намеренно ограниченный радиус действия. Наземная система связывает телефон только с радиовещательной вышкой, закрепленной за определенной небольшой областью или ячейкой, и плавно переключает свое соединение на следующую ячейку, когда прием сигнала там сильнее. Это позволяет использовать мобильный телефон при смене местоположения.

Microwaves также предоставляет WiFi , который позволяет владельцам сотовых телефонов, портативных компьютеров и подобных устройств беспроводным образом подключаться к Интернету дома, в кафе и аэропортах. Беспроводной WiFi-маршрутизатор — это устройство, которое обменивается данными через Интернет через кабель или другое соединение и использует микроволны для беспроводного обмена данными с такими устройствами, как мобильные телефоны и компьютеры. Сам термин Wi-Fi относится к стандартам, которым следуют при модуляции и анализе микроволн, чтобы беспроводные маршрутизаторы и устройства разных производителей работали совместимо друг с другом. Компьютерные данные в каждом направлении состоят из последовательностей двоичных нулей и единиц, каждая из которых соответствует двоичному биту. Микроволны находятся в диапазоне от 2,4 ГГц до 5,0 ГГц.

Другие беспроводные технологии также используют микроволны для обеспечения ежедневной связи между устройствами. Bluetooth , разработанный вместе с WiFi в качестве стандарта для радиосвязи в диапазоне 2,4 ГГц между находящимися поблизости устройствами, например, для подключения наушников и наушников к таким устройствам, как радиоприемники, или мобильного телефона водителя к устройству громкой связи для позволяют отвечать на телефонные звонки, не возясь непосредственно с сотовым телефоном.

Микроволны также находят применение в радиометках с использованием технологии RFID (радиочастотная идентификация). Примерами могут служить RFID-метки, прикрепленные к товарам в магазине, транспондер для использования в пунктах взимания платы, прикрепленный к лобовому стеклу автомобиля, или даже чип, встроенный в кожу домашнего животного. Устройство реагирует на микроволновый сигнал, излучая собственный сигнал с закодированной информацией, что позволяет магазинам быстро звонить в свои кассовые аппараты, водителям без остановки взимать плату за проезд со своего счета, а потерянным домашним животным возвращаться к своим владельцам. NFC (связь ближнего радиуса действия) работает аналогично, за исключением того, что радиус действия гораздо меньше. Его механизм взаимодействия – это наведенное магнитное поле на микроволновых частотах между двумя катушками. Сотовые телефоны с поддержкой NFC и соответствующим программным обеспечением могут предоставлять информацию для покупок с использованием мобильного телефона вместо физической кредитной карты. В этом случае желательной характеристикой безопасности является очень малая дальность передачи данных.

Инфракрасное излучение

Граница между микроволновым и инфракрасным диапазонами электромагнитного спектра четко не определена (рис. \(\PageIndex{1}\)). Инфракрасное излучение обычно создается тепловым движением, а также вибрацией и вращением атомов и молекул. Электронные переходы в атомах и молекулах также могут производить инфракрасное излучение . Около половины солнечной энергии, поступающей на Землю, находится в инфракрасном диапазоне, а большая часть остальной — в видимой части спектра. Около 23 % солнечной энергии поглощается атмосферой, около 48 % поглощается поверхностью Земли и около 29% отражается обратно в космос.

Диапазон инфракрасных частот простирается до нижнего предела видимого света, чуть ниже красного. На самом деле инфракрасный означает «ниже красного». Молекулы воды вращаются и вибрируют особенно хорошо на инфракрасных частотах. Разведывательные спутники могут обнаруживать здания, транспортные средства и даже отдельных людей по их инфракрасному излучению, мощность которого пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Более приземленно, мы используем инфракрасные лампы, в том числе те, которые называются кварцевые обогреватели , чтобы согревать нас, потому что мы поглощаем инфракрасное излучение лучше, чем окружающая среда.

Привычные портативные «пульты» для переключения каналов и настроек на телевизорах часто передают свой сигнал, модулируя инфракрасный луч. Если вы попытаетесь использовать пульт от телевизора, когда инфракрасный излучатель не находится в прямой видимости с инфракрасным детектором, вы можете обнаружить, что телевизор не отвечает. Некоторые пульты вместо этого используют Bluetooth и уменьшают это раздражение.

Видимый свет

Видимый свет представляет собой узкий сегмент электромагнитного спектра между примерно 400 нм и примерно 750 нм, на который реагирует нормальный человеческий глаз. Видимый свет создается вибрациями и вращениями атомов и молекул, а также электронными переходами внутри атомов и молекул. Приемники или детекторы света в основном используют электронные переходы.

Красный свет имеет самую низкую частоту и самую большую длину волны, тогда как фиолетовый свет имеет самую высокую частоту и самую короткую длину волны (Рисунок \(\PageIndex{4}\)). Излучение черного тела от Солнца достигает пика в видимой части спектра, но более интенсивно в красном, чем в фиолетовом, что делает солнце желтоватым.

Рисунок \(\PageIndex{4}\). Небольшая часть электромагнитного спектра, включающая видимые компоненты. Различия между инфракрасным, видимым и ультрафиолетовым светом не совсем четкие, равно как и между семью цветами радуги.

Живые существа — растения и животные — эволюционировали, чтобы использовать части электромагнитного спектра, в которые они встроены, и реагировать на них. Мы наслаждаемся красотой природы через видимый свет. Растения более избирательны. Фотосинтез использует части видимого спектра для производства сахаров.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолет означает «выше фиолетового». Электромагнитные частоты ультрафиолетового излучения (УФ) простираются вверх от фиолетового, видимого света с самой высокой частотой. Ультрафиолетовые лучи с самой высокой частотой перекрываются с рентгеновскими лучами с самой низкой частотой. Длины волн ультрафиолета простираются от 400 нм до примерно 10 нм на самых высоких частотах. Ультрафиолет создается атомными и молекулярными движениями и электронными переходами.

УФ-излучение Солнца в целом подразделяется на три диапазона длин волн: УФ-А (320–400 нм) — самая низкая частота, затем УФ-В (290–320 нм) и УФ-С (220–290 нм). Большинство УФ-В и все УФ-С поглощаются молекулами озона (\(O_3)\) в верхних слоях атмосферы. Следовательно, 99% солнечного УФ-излучения, достигающего поверхности Земли, представляет собой УФ-А.

Солнечный ожог вызывается сильным воздействием УФ-В и УФ-С, а повторное воздействие может увеличить вероятность рака кожи. Реакция на загар — это защитный механизм, при котором организм вырабатывает пигменты в инертных слоях кожи, чтобы уменьшить воздействие на живые клетки ниже.

Как было показано в одной из последующих глав, чем короче длина волны света, тем больше изменение энергии атома или молекулы, поглощающей свет при электронном переходе. Это делает коротковолновый ультрафиолетовый свет разрушительным для живых клеток. Это также объясняет, почему ультрафиолетовое излучение лучше, чем видимый свет, заставляет некоторые материалы светиться или флуоресцировать .

Помимо неблагоприятного воздействия ультрафиолетового излучения, существуют также преимущества воздействия на природу и использование в технике. Производство витамина D в коже происходит в результате воздействия УФ-В-излучения, как правило, солнечного света. Несколько исследований показывают, что дефицит витамина D связан с развитием ряда видов рака (предстательной железы, молочной железы, толстой кишки), а также с остеопорозом. Ультрафиолет низкой интенсивности имеет такие применения, как обеспечение энергией, которая заставляет определенные красители флуоресцировать и излучать видимый свет, например, в печатных деньгах для отображения скрытых водяных знаков в качестве защиты от подделок. 9{-12}м\). У них более короткие длины волн и более высокие частоты, чем у ультрафиолета, поэтому энергия, которую они передают на атомном уровне, больше. В результате рентгеновские лучи оказывают на живые клетки неблагоприятное воздействие, аналогичное ультрафиолетовому излучению, но более проникающее. Рак и генетические дефекты могут быть вызваны рентгеновскими лучами. Из-за их воздействия на быстро делящиеся клетки рентгеновские лучи также можно использовать для лечения и даже излечения от рака.

Наиболее широко рентгеновские лучи используются для визуализации объектов, непрозрачных для видимого света, таких как человеческое тело или части самолета. У людей риск повреждения клеток тщательно сопоставляется с пользой полученной диагностической информации.

Гамма-лучи

Вскоре после того, как в 1896 году впервые была обнаружена ядерная радиоактивность, было обнаружено, что испускаются по крайней мере три различных типа излучения, которые были обозначены как альфа-, бета- и гамма-лучи. Позднее было обнаружено, что самое проникающее ядерное излучение, гамма-лучей (\гамма\) -лучи, представляет собой чрезвычайно высокочастотную электромагнитную волну.

Нижняя граница частотного диапазона \(\gamma\)-излучения перекрывает верхнюю границу рентгеновского диапазона. Гамма-лучи имеют характеристики, идентичные рентгеновским лучам той же частоты — они отличаются только источником. Название «гамма-лучи» обычно используется для электромагнитного излучения, испускаемого ядром, в то время как рентгеновские лучи обычно производятся путем бомбардировки мишени энергичными электронами в рентгеновской трубке. На более высоких частотах \(\гамма\)-лучи более проникающие и более разрушительные для живых тканей. У них много общего с рентгеновскими лучами, включая терапию рака. Гамма-излучение радиоактивных материалов используется в ядерной медицине.

Используйте эту симуляцию, чтобы изучить, как свет взаимодействует с молекулами в нашей атмосфере.

• Узнайте, как свет взаимодействует с молекулами в нашей атмосфере.
• Определите, что поглощение света зависит от молекулы и типа света.
• Свяжите энергию света с результирующим движением.
• Определите, что энергия увеличивается от микроволн до ультрафиолета.
• Предсказать движение молекулы на основе типа света, который она поглощает.

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Чем отличаются электромагнитные волны для разных видов электромагнитного излучения?

Ответить

Они попадают в разные диапазоны длин волн и, следовательно, в разные соответствующие диапазоны частот.

---

Эта страница под названием 16.6: Электромагнитный спектр распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с помощью исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. электромагнитный спектр
   2. гамма-излучение
   3. инфракрасное излучение
   4. микроволны
   5. радар
   6. радиоволны
   7. источник@https://openstax. org/details/books/university-physics-volume-2
   8. термическое перемешивание
   9. ультрафиолетовое излучение
   10. видимый свет
   11. рентген

1. Введение в электромагнитные поля

Языки: английский [en]

Электромагнитные поля » Уровень 2 ” Вопрос 1

 

Уровень 2 Вопросы

Следующий вопрос

• Уровень 1: Сводка
• Уровень 2: Детали
• Уровень 3: Источник
•  
• О
• Ссылки

Следующий подвопрос

1. Введение в электромагнитные поля

• 1.1 Что такое электромагнитные поля?
• 1.2 Как была проведена переоценка рисков для здоровья, связанных с электромагнитными полями?

1.

1 Что такое электромагнитные поля?

Электромагнитные поля представляют собой комбинацию невидимых электрических и силовые магнитные поля. Они порождены природными явлениями, такими как магнитное поле Земли, но также деятельностью человека, в основном за счет использования электричество.

Мобильные телефоны, линии электропередач и экраны компьютеров являются примерами оборудования, которое производит электромагнитные поля.

Самый рукотворный электромагнитные поля меняют свое направление через равные промежутки времени, начиная от высокой радиочастоты (мобильные телефоны) через промежуточные частоты (компьютер экраны) до крайне низких частот (мощность линии).

Термин статический относится к полям, которые не меняются со временем (т.е. с частотой 0 Гц). Статический магнитные поля используются в медицинские изображения и генерируются приборами, использующими постоянный ток. Подробнее…

Типичные источники электромагнитных полей

Диапазон частот	Частоты	Некоторые примеры источников облучения
Статическая	0 Гц	видеодисплеев; МРТ (медицинская изображения) и другие диагностические или научные приборостроение; промышленный электролиз; сварка устройства
ELF [Чрезвычайно низкие частоты]	0–300 Гц	линий электропередач; внутренние распределительные линии; одомашненный Техника; электрические двигатели в автомобилях, поездах и трамваи; сварочные аппараты
ПЧ [Промежуточные частоты]	300 Гц – 100 кГц	видеодисплеев; противоугонные устройства в магазинах; системы контроля доступа без помощи рук, считыватели карт и металлоискатели; МРТ; сварка устройства
РФ [Радиочастоты]	100 кГц – 300 ГГц	мобильных телефонов; радиовещание и телевидение; микроволновые печи; радиолокационные и радиоприемопередатчики; портативные радиоприемники; МРТ

Источник & ©: Возможное воздействие электромагнитных полей (ЭМП) на здоровье человека

<-- Назад на уровень 1

Дополнительная информация на уровне 3 –>

 

Вопросы уровня 2

Top

• Уровень 1: Сводка
• Уровень 2: 1. 2 Как риск для здоровья от электромагнитных полей был переоценен?

  Был проведен обзор соответствующих научных отчетов, внимание на статьи, опубликованные в 2007 и 2008 годах, и исследования признаны соответствующими, прокомментированы в заключении. Районы, где литературы особенно мало, указываются, и дается объяснение, почему результаты некоторых исследований не добавить полезную информацию в базу данных. Эта оценка оценивает оба возможных воздействия на группы людей, подвергся воздействию электромагнитные поля в их повседневная жизнь (эпидемиологические данные) и потенциальные эффекты, наблюдаемые в лабораторных экспериментах, проведенных на людях-добровольцах, животных и клеточные культуры (экспериментальные доказательство).

  Основываясь на этих объединенных доказательствах, оценка оценивает существует ли причинно-следственная связь между воздействием электромагнитные поля и некоторые неблагоприятные последствия для здоровья. Ответ на этот вопрос не обязательно является окончательным да или нет, но выражает вес доказательства ссылки между экспозицией и эффектом. Если такая ссылка будет найдена, оценка оценки риска насколько сильно влияние на здоровье и насколько велик риск для здоровья будет для разных уровней воздействия и моделей воздействия (зависимость доза-реакция). Характер и степень подчеркиваются неопределенности и то, как электромагнитные поля могут вызывать эффекты (правдоподобный механизм) оцениваются.