Характеристики электромагнитных полей и излучений

Электромагнитное поле (ЭМП) представляет собой особую форму материи - совокупность двух взаимосвязанных переменных полей: электрического и магнитного и распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн (ЭМВ).

Электромагнитный спектр включает в себя две основные зоны: ионизирующее и неионизирующее излучение, которые, в свою очередь, подразделяются на отдельные виды излучения.

Неионизирующее излучение объединяет все излучения и поля электромагнитного спектра, у которых не хватает энергии для ионизации материи. Граница между неионизирующим и ионизирующим излучением устанавливается на длине волны примерно в 1 нанометр.

К неионизирующим электромагнитным излучениям и полям относят ЭМИ радиочастотного и оптического диапазонов, а также условно статические электрические и постоянные магнитные поля, поскольку последние, строго говоря, излучениями не являются.

В данной главе рассматриваются электромагнитные поля и излучения радиочастотного диапазона, статические электрические и постоянные магнитные поля.

Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся магнитное – вихревое электрическое: обе компоненты – напряженность электрического поля Е и напряженность магнитного поля Н непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. Этот феномен был описан в 1865 г. Дж. К. Максвеллом в четырех уравнениях, которые известны как уравнения Максвелла.

Электромагнитные волны характеризуются набором параметров, включающих в себя частоту (f), длину волны (λ), напряженность электрического поля (Е), напряженность магнитного поля (Н), скорость распространения (с) и вектор плотности потока энергии (S).

Важной особенностью ЭМИ является деление его на волновую зону, зону индукции и зону дифракции.

В зоне индукции (на расстояниях от источника , или «ближней» зоне, ЭМП не сформировано. В этой зоне соотношение между Е и Н зависит от источника и может быть самым различным, поэтому принято рассматривать каждую из них отдельно.

Магнитная составляющая в зоне индукции убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника, а электрическая - кубу расстояния.

В волновой, «дальней» зоне (на расстояниях от источника и , где D - геометрические размеры источника), ЭМП сформировано. В этой зоне составляющие Е и Н связаны зависимостью Е = 377∙ Н. Их направления взаимно перпендикулярны, и электромагнитное поле распространяется в виде бегущих сферических волн.

В дальней зоне наиболее важным параметром является плотность потока энергии S, которая в общем виде определяется векторным произведением Е и Н.

Излучения, не удовлетворяющие условию , занимают зону дифракции, в которой электромагнитная энергия распространяется в различных направлениях в виде потоков волн, накладывающихся друг на друга и образующих дифракционные максимумы. Дифракционная зона возникает и на расстоянии , если существуют предметы, отражающие волны. Энергия излучения в зоне дифракции характеризуется суммарной плотностью потока энергии, равной сумме плотностей отдельных потоков волн.

На практике, как правило, при частотах ниже 300 МГц оцениваются напряженность электрического поля (Е, В/м) и напряженность магнитного поля (Н, А/м). При частотах выше 300 МГц оценивается плотность потока энергии S (Вт/м²).

Статические электрические поля представляют собой поля неподвижных электрических зарядов, либо стационарные электрические поля постоянного тока. Основными физическими параметрами являются напряженность поля (Е, В/м) и потенциалы (φ, В) его отдельных точек.

Постоянные магнитные поля создаются постоянными магнитами, электромагнитами, системами постоянного тока. Основными физическими параметрами, характеризующими ПМП, являются: напряженность Н (А/м) и магнитная индукция В (Тл).