Как возникает электростатическое поле 7 класс

Физика. 10 класс

§ 32-1. Вихревое электрическое поле. ЭДС индукции в движущихся проводниках

Вихревое электрическое поле. При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную проводящим замкнутым неподвижным (относительно выбранной инерциальной системы отсчёта) контуром, в нём возникает электрический ток. Это свидетельствует о том, что на свободные заряженные частицы в контуре действуют силы. Но для беспорядочно движущихся заряженных частиц усреднённое значение силы Лоренца равно нулю, следовательно, на такие частицы действует электрическое поле. Дж. Максвелл первым предположил, что при любом изменении во времени магнитного поля в окружающем пространстве возникает электрическое поле. Его называют индукционным или индуцированным. Именно это индукционное электрическое поле действует на заряженные частицы, приводя их в упорядоченное движение и создавая индукционный электрический ток. Подчеркнём, что индукционное электрическое поле не связано с электрическими зарядами, его источником является изменяющееся со временем магнитное поле. Линии напряжённости индукционного электрического поля замкнуты.

Электрическое поле, возникающее при любом изменении во времени магнитного поля, является одним из вихревых полей.

Вихревой, т. е. непотенциальный, характер индукционного электрического поля — причина того, что при перемещении заряда по замкнутой цепи это поле совершает работу, не равную нулю.

Таким образом, ЭДС индукции, возникающая в неподвижном замкнутом контуре, находящемся в изменяющемся во времени магнитном поле, равна работе сил вихревого электрического поля по перемещению вдоль этого контура единичного положительного заряда. Если такой контур оказывается проводящим, то возникшая в нём ЭДС индукции приводит к появлению индукционного тока.

Максвелл в 1873 г. установил, что ЭДС индукции, возникающая в неподвижном контуре при изменении во времени магнитного поля, не зависит от характеристик этого контура (вещества, вида свободных носителей заряда, сопротивления, температуры и др.). На основании этого он сделал вывод, что роль контура сводится только к индикации вихревого электрического поля, создаваемого переменным магнитным полем.

Итак, сущность явления электромагнитной индукции заключается в том, что вихревое электрическое поле возникает в любой точке пространства, если в этой точке существует изменяющееся во времени магнитное поле, независимо от того, есть там проводящий контур или нет.

Линии напряжённости вихревого электрического поля охватывают линии индукции изменяющегося во времени магнитного поля. Направление линий напряжённости вихревого электрического поля определяют по правилу Ленца. Действительно, если поместить в изменяющееся во времени магнитное поле замкнутый проводящий контур, то по нему в направлении линий напряжённости электрического поля пойдёт индукционный электрический ток.

Этот ток создаёт индукционное магнитное поле, индукция которого изображена на рисунке 184.2 штриховыми линиями. Она направлена так, что индукционное магнитное поле противодействует изменению основного магнитного поля (правило Ленца): если модуль индукции основного поля возрастает, то вектор направлен противоположно вектору индукции основного поля (см. рис. 184.2 , а); если модуль индукции основного поля уменьшается, то векторы и одинаково направлены (см. рис. 184.2 , б).

Как возникает электростатическое поле 7 класс

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая способность частиц или тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q. В системе СИ электрический заряд измеряется в Кулонах (Кл). Свободный заряд в 1 Кл – это гигантская величина заряда, практически не встречающаяся в природе. Как правило, Вам придется иметь дело с микрокулонами (1 мкКл = 10 –6 Кл), нанокулонами (1 нКл = 10 –9 Кл) и пикокулонами (1 пКл = 10 –12 Кл). Электрический заряд обладает следующими свойствами:

1. Электрический заряд является видом материи.

2. Электрический заряд не зависит от движения частицы и от ее скорости.

3. Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

4. Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

5. Все заряды взаимодействуют друг с другом. При этом одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Силы взаимодействия зарядов являются центральными, то есть лежат на прямой, соединяющей центры зарядов.

6. Существует минимально возможный (по модулю) электрический заряд, называемый элементарным зарядом. Его значение:

e = 1,602177·10 –19 Кл ≈ 1,6·10 –19 Кл.

Электрический заряд любого тела всегда кратен элементарному заряду:

где: N – целое число. Обратите внимание, невозможно существование заряда, равного 0,5е; 1,7е; 22,7е и так далее. Физические величины, которые могут принимать только дискретный (не непрерывный) ряд значений, называются квантованными. Элементарный заряд e является квантом (наименьшей порцией) электрического заряда.

7. Закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака. Из закона сохранения заряда так же следует, если два тела одного размера и формы, обладающие зарядами q₁ и q₂ (совершенно не важно какого знака заряды), привести в соприкосновение, а затем обратно развести, то заряд каждого из тел станет равным:

С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному (то есть минимально возможному) заряду e.

В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером. Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов, или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион. Обратите внимание, что положительные протоны входят в состав ядра атома, поэтому их число может изменяться только при ядерных реакциях. Очевидно, что при электризации тел ядерных реакций не происходит. Поэтому в любых электрических явлениях число протонов не меняется, изменяется только число электронов. Так, сообщение телу отрицательного заряда означает передачу ему лишних электронов. А сообщение положительного заряда, вопреки частой ошибке, означает не добавление протонов, а отнимание электронов. Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число электронов.

Иногда в задачах электрический заряд распределен по некоторому телу. Для описания этого распределения вводятся следующие величины:

1. Линейная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по нити:

где: L – длина нити. Измеряется в Кл/м.

2. Поверхностная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по поверхности тела:

где: S – площадь поверхности тела. Измеряется в Кл/м 2 .

3. Объемная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по объему тела:

где: V – объем тела. Измеряется в Кл/м 3 .

Обратите внимание на то, что масса электрона равна:

Закон Кулона

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

где: ε – диэлектрическая проницаемость среды – безразмерная физическая величина, показывающая, во сколько раз сила электростатического взаимодействия в данной среде будет меньше, чем в вакууме (то есть во сколько раз среда ослабляет взаимодействие). Здесь k – коэффициент в законе Кулона, величина, определяющая численное значение силы взаимодействия зарядов. В системе СИ его значение принимается равным:

Силы взаимодействия точечных неподвижных зарядов подчиняются третьему закону Ньютона, и являются силами отталкивания друг от друга при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения друг к другу при разных знаках. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел, равномерно заряженных сфер и шаров. В этом случае за расстояния r берут расстояние между центрами сфер или шаров. На практике закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними. Коэффициент k в системе СИ иногда записывают в виде:

где: ε₀ = 8,85∙10 –12 Ф/м – электрическая постоянная.

Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции: если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Запомните также два важных определения:

Проводники – вещества, содержащие свободные носители электрического заряда. Внутри проводника возможно свободное движение электронов – носителей заряда (по проводникам может протекать электрический ток). К проводникам относятся металлы, растворы и расплавы электролитов, ионизированные газы, плазма.

Диэлектрики (изоляторы) – вещества, в которых нет свободных носителей заряда. Свободное движение электронов внутри диэлектриков невозможно (по ним не может протекать электрический ток). Именно диэлектрики обладают некоторой не равной единице диэлектрической проницаемостью ε.

Для диэлектрической проницаемости вещества верно следующее (о том, что такое электрическое поле чуть ниже):

Электрическое поле и его напряженность

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружающие заряженные тела.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не вносит заметного перераспределения исследуемых зарядов. Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряженность электрического поля E.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим.

Для наглядного представления электрического поля используют силовые линии. Эти линии проводятся так, чтобы направление вектора напряженности в каждой точке совпадало с направлением касательной к силовой линии. Силовые линии обладают следующими свойствами.

• Силовые линии электростатического поля никогда не пересекаются.
• Силовые линии электростатического поля всегда направлены от положительных зарядов к отрицательным.
• При изображении электрического поля с помощью силовых линий их густота должна быть пропорциональна модулю вектора напряженности поля.
• Силовые линии начинаются на положительном заряде или бесконечности, а заканчиваются на отрицательном или бесконечности. Густота линий тем больше, чем больше напряжённость.
• В данной точке пространства может проходить только одна силовая линия, т.к. напряжённость электрического поля в данной точке пространства задаётся однозначно.

Электрическое поле называют однородным, если вектор напряжённости одинаков во всех точках поля. Например, однородное поле создаёт плоский конденсатор – две пластины, заряженные равным по величине и противоположным по знаку зарядом, разделённые слоем диэлектрика, причём расстояние между пластинами много меньше размеров пластин.

Во всех точках однородного поля на заряд q, внесённый в однородное поле с напряжённостью E, действует одинаковая по величине и направлению сила, равная F = Eq. Причём, если заряд q положительный, то направление силы совпадает с направлением вектора напряжённости, а если заряд отрицательный, то вектора силы и напряжённости противоположно направлены.

Силовые линии кулоновских полей положительных и отрицательных точечных зарядов изображены на рисунке:

Принцип суперпозиции

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряжённостей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:

Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции. В соответствии с законом Кулона, напряженность электростатического поля, создаваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него, равна по модулю:

Это поле называется кулоновским. В кулоновском поле направление вектора напряженности зависит от знака заряда Q: если Q > 0, то вектор напряженности направлен от заряда, если Q < 0, то вектор напряженности направлен к заряду. Величина напряжённости зависит от величины заряда, среды, в которой находится заряд, и уменьшается с увеличением расстояния.

Напряженность электрического поля, которую создает заряженная плоскость вблизи своей поверхности:

Итак, если в задаче требуется определить напряженность поля системы зарядов, то надо действовать по следующему алгоритму:

1. Нарисовать рисунок.
2. Изобразить напряженность поля каждого заряда по отдельности в нужной точке. Помните, что напряженность направлена к отрицательному заряду и от положительного заряда.
3. Вычислить каждую из напряжённостей по соответствующей формуле.
4. Сложить вектора напряжённостей геометрически (т.е. векторно).

Потенциальная энергия взаимодействия зарядов

Электрические заряды взаимодействуют друг с другом и с электрическим полем. Любое взаимодействие описывается потенциальной энергией. Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных электрических зарядов рассчитывается по формуле:

Обратите внимание на отсутствие модулей у зарядов. Для разноименных зарядов энергия взаимодействия имеет отрицательное значение. Такая же формула справедлива и для энергии взаимодействия равномерно заряженных сфер и шаров. Как обычно, в этом случае расстояние r измеряется между центрами шаров или сфер. Если же зарядов не два, а больше, то энергию их взаимодействия следует считать так: разбить систему зарядов на все возможные пары, рассчитать энергию взаимодействия каждой пары и просуммировать все энергии для всех пар.

Задачи по данной теме решаются, как и задачи на закон сохранения механической энергии: сначала находится начальная энергия взаимодействия, потом конечная. Если в задаче просят найти работу по перемещению зарядов, то она будет равна разнице между начальной и конечной суммарной энергией взаимодействия зарядов. Энергия взаимодействия так же может переходить в кинетическую энергию или в другие виды энергии. Если тела находятся на очень большом расстоянии, то энергия их взаимодействия полагается равной 0.

Обратите внимание: если в задаче требуется найти минимальное или максимальное расстояние между телами (частицами) при движении, то это условие выполнится в тот момент времени, когда частицы движутся в одну сторону с одинаковой скоростью. Поэтому решение надо начинать с записи закона сохранения импульса, из которого и находится эта одинаковая скорость. А далее следует писать закон сохранения энергии с учетом кинетической энергии частиц во втором случае.

Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение

Электростатическое поле обладает важным свойством: работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.

Следствием независимости работы от формы траектории является следующее утверждение: работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

Свойство потенциальности (независимости работы от формы траектории) электростатического поля позволяет ввести понятие потенциальной энергии заряда в электрическом поле. А физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:

Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля. В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала (а значит и разности потенциалов, т.е. напряжения) является вольт [В]. Потенциал — скалярная величина.

Во многих задачах электростатики при вычислении потенциалов за опорную точку, где значения потенциальной энергии и потенциала обращаются в ноль, удобно принять бесконечно удаленную точку. В этом случае понятие потенциала может быть определено следующим образом: потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

Вспомнив формулу для потенциальной энергии взаимодействия двух точечных зарядов и разделив ее на величину одного из зарядов в соответствии с определением потенциала получим, что потенциал φ поля точечного заряда Q на расстоянии r от него относительно бесконечно удаленной точки вычисляется следующим образом:

Потенциал рассчитанный по этой формуле может быть положительным и отрицательным в зависимости от знака заряда создавшего его. Эта же формула выражает потенциал поля однородно заряженного шара (или сферы) при r ≥ R (снаружи от шара или сферы), где R – радиус шара, а расстояние r отсчитывается от центра шара.

Для наглядного представления электрического поля наряду с силовыми линиями используют эквипотенциальные поверхности. Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала. Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы.

Электрическое напряжение это просто разность потенциалов, т.е. определение электрического напряжения может быть задано формулой:

В однородном электрическом поле существует связь между напряженностью поля и напряжением:

Работа электрического поля может быть вычислена как разность начальной и конечной потенциальной энергии системы зарядов:

Работа электрического поля в общем случае может быть вычислена также и по одной из формул:

В однородном поле при перемещении заряда вдоль его силовых линий работа поля может быть также рассчитана по следующей формуле:

В этих формулах:

• φ – потенциал электрического поля.
• ∆φ – разность потенциалов.
• W – потенциальная энергия заряда во внешнем электрическом поле.
• A – работа электрического поля по перемещению заряда (зарядов).
• q – заряд, который перемещают во внешнем электрическом поле.
• U – напряжение.
• E – напряженность электрического поля.
• d или ∆l – расстояние на которое перемещают заряд вдоль силовых линий.

Во всех предыдущих формулах речь шла именно о работе электростатического поля, но если в задаче говорится, что «работу надо совершить», или идет речь о «работе внешних сил», то эту работу следует считать так же, как и работу поля, но с противоположным знаком.

Принцип суперпозиции потенциала

Из принципа суперпозиции напряженностей полей, создаваемых электрическими зарядами, следует принцип суперпозиции для потенциалов (при этом знак потенциала поля зависит от знака заряда, создавшего поле):

Обратите внимание, насколько легче применять принцип суперпозиции потенциала, чем напряженности. Потенциал – скалярная величина, не имеющая направления. Складывать потенциалы – это просто суммировать численные значения.

Электрическая емкость. Плоский конденсатор

При сообщении проводнику заряда всегда существует некоторый предел, более которого зарядить тело не удастся. Для характеристики способности тела накапливать электрический заряд вводят понятие электрической емкости. Емкостью уединенного проводника называют отношение его заряда к потенциалу:

В системе СИ емкость измеряется в Фарадах [Ф]. 1 Фарад – чрезвычайно большая емкость. Для сравнения, емкость всего земного шара значительно меньше одного фарада. Емкость проводника не зависит ни от его заряда, ни от потенциала тела. Аналогично, плотность не зависит ни от массы, ни от объема тела. Емкость зависит лишь от формы тела, его размеров и свойств окружающей его среды.

Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними:

Величина электроемкости проводников зависит от формы и размеров проводников и от свойств диэлектрика, разделяющего проводники. Существуют такие конфигурации проводников, при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства. Такие системы называются конденсаторами, а проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками.

Простейший конденсатор – система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика. Такой конденсатор называется плоским. Электрическое поле плоского конденсатора в основном локализовано между пластинами.

Каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи своей поверхности электрическое поле, модуль напряженности которого выражается соотношением уже приводившимся выше. Тогда модуль напряженности итогового поля внутри конденсатора, создаваемого двумя пластинами, равен:

За пределами конденсатора, электрические поля двух пластин направлены в разные стороны, и поэтому результирующее электростатическое поле E = 0. Электроёмкость плоского конденсатора может быть рассчитана по формуле:

Таким образом, электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в ε раз. Обратите внимание, что S в этой формуле есть площадь только одной обкладки конденсатора. Когда в задаче говорят о «площади обкладок», то имеют в виду именно эту величину. На 2 умножать или делить её не надо никогда.

Еще раз приведем формулу для заряда конденсатора. Под зарядом конденсатора понимают только заряд его положительной обкладки:

Сила притяжения пластин конденсатора. Сила, действующая на каждую обкладку, определяется не полным полем конденсатора, а полем, созданным противоположной обкладкой (сама на себя обкладка не действует). Напряженность этого поля равна половине напряженности полного поля, и сила взаимодействия пластин:

Энергия конденсатора. Ее же называют энергией электрического поля внутри конденсатора. Опыт показывает, что заряженный конденсатор содержит запас энергии. Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор. Существует три эквивалентные формы записи формулы для энергии конденсатора (они следуют одна из другой если воспользоваться соотношением q = CU):

Особое внимание обращайте на фразу: «Конденсатор подключён к источнику». Это означает, что напряжение на конденсаторе не изменяется. А фраза «Конденсатор зарядили и отключили от источника» означает, что заряд конденсатора не изменится.

Энергия электрического поля

Электрическую энергию следует рассматривать как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе. По современным представлениям, электрическая энергия конденсатора локализована в пространстве между обкладками конденсатора, то есть в электрическом поле. Поэтому ее называют энергией электрического поля. Энергия заряженных тел сосредоточена в пространстве, в котором есть электрическое поле, т.е. можно говорить об энергии электрического поля. Например, у конденсатора энергия сосредоточена в пространстве между его обкладками. Таким образом, имеет смысл ввести новую физическую характеристику – объёмную плотность энергии электрического поля. На примере плоского конденсатора, можно получить такую формулу для объёмной плотности энергии (или энергии единицы объёма электрического поля):

Соединения конденсаторов

Параллельное соединение конденсаторов – для увеличения ёмкости. Конденсаторы соединены одноименно заряженными обкладками, как бы увеличивая площадь одинаково заряженных пластин. Напряжение на всех конденсаторах одинаковое, общий заряд равен сумме зарядов каждого из конденсаторов, и общая ёмкость также равна сумме емкостей всех конденсаторов соединенных параллельно. Выпишем формулы для параллельного соединения конденсаторов:

При последовательном соединении конденсаторов общая ёмкость батареи конденсаторов всегда меньше, чем ёмкость наименьшего конденсатора, входящего в батарею. Применяется последовательное соединение для увеличения напряжения пробоя конденсаторов. Выпишем формулы для последовательного соединения конденсаторов. Общая емкость последовательно соединенных конденсаторов находится из соотношения:

Из закона сохранения заряда следует, что заряды на соседних обкладках равны:

Напряжение равно сумме напряжений на отдельных конденсаторах.

Для двух последовательно соединённых конденсаторов формула выше даст нам следующее выражение для общей емкости:

Для N одинаковых последовательно соединённых конденсаторов:

Проводящая сфера

Напряженность поля внутри заряженного проводника равна нулю. В противном случае на свободные заряды внутри проводника действовала бы электрическая сила, которая вынуждала бы эти заряды двигаться внутри проводника. Это движение, в свою очередь, приводило бы к разогреванию заряженного проводника, чего на самом деле не происходит.

Факт того, что внутри проводника нет электрического поля можно понять и по-другому: если бы оно было то заряженные частицы опять таки двигались бы, причем они бы двигались именно так, чтобы свести это поле к нолю своим собственным полем, т.к. вообще-то двигаться им не хотелось бы, ведь всякая система стремится к равновесию. Рано или поздно все двигавшиеся заряды остановились бы именно в том месте, чтобы поле внутри проводника стало равно нолю.

На поверхности проводника напряжённость электрического поля максимальна. Величина напряжённости электрического поля заряженного шара за его пределами убывает по мере удаления от проводника и рассчитывается по формуле, аналогичной формулам для напряженности поля точечного заряда, в которой расстояния отсчитываются от центра шара.

Так как напряженность поля внутри заряженного проводника равна нулю, то потенциал во всех точках внутри и на поверхности проводника одинаков (только в этом случае разность потенциалов, а значит и напряжённость равна нулю). Потенциал внутри заряженного шара равен потенциалу на поверхности. Потенциал за пределами шара вычисляется по формуле, аналогичной формулам для потенциала точечного заряда, в которой расстояния отсчитываются от центра шара.

Электрическая емкость шара радиуса R:

Если шар окружен диэлектриком, то:

Свойства проводника в электрическом поле

1. Внутри проводника напряженность поля всегда равна нулю.
2. Потенциал внутри проводника во всех точках одинаков и равен потенциалу поверхности проводника. Когда в задаче говорят, что «проводник заряжен до потенциала … В», то имеют в виду именно потенциал поверхности.
3. Снаружи от проводника вблизи от его поверхности напряженность поля всегда перпендикулярна поверхности.
4. Если проводнику сообщить заряд, то он весь распределится по очень тонкому слою вблизи поверхности проводника (обычно говорят, что весь заряд проводника распределяется на его поверхности). Это легко объясняется: дело в том, что сообщая заряд телу, мы передаем ему носители заряда одного знака, т.е. одноименные заряды, которые отталкиваются. А значит они будут стремиться разбежаться друг от друга на максимальное расстояние из всех возможных, т.е. скопятся у самых краев проводника. Как следствие, если из проводника удалить сердцевину, то его электростатические свойства никак не изменятся.
5. Снаружи проводника напряженность поля тем больше, чем кривее поверхность проводника. Максимальное значение напряженности достигается вблизи остриев и резких изломов поверхности проводника.

Замечания к решению сложных задач

1. Заземление чего-либо означает соединение проводником данного объекта с Землей. При этом потенциалы Земли и имеющегося объекта выравниваются, а необходимые для этого заряды перебегают по проводнику с Земли на объект либо наоборот. При этом нужно учитывать несколько факторов, которые следуют из того, что Земля несоизмеримо больше любого объекта находящегося не ней:

• Общий заряд Земли условно равен нолю, поэтому ее потенциал также равен нолю, и он останется равным нолю после соединения объекта с Землей. Одним словом, заземлить – означает обнулить потенциал объекта.
• Для обнуления потенциала (а значит и собственного заряда объекта, который мог быть до этого как положительным так и отрицательным), объекту придется либо принять либо отдать Земле некоторый (возможно даже очень большой) заряд, и Земля всегда сможет обеспечить такую возможность.

2. Еще раз повторимся: расстояние между отталкивающимися телами минимально в тот момент, когда их скорости становятся равны по величине и направлены в одну сторону (относительная скорость зарядов равна нулю). В этот момент потенциальная энергия взаимодействия зарядов максимальна. Расстояние между притягивающимися телами максимально, также в момент равенства скоростей, направленных в одну сторону.

3. Если в задаче имеется система, состоящая из большого количества зарядов, то необходимо рассматривать и расписывать силы, действующие на заряд, который не находится в центре симметрии.

Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?

Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

1. Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен, где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
2. Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике. На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
3. Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов, а также ответственная проработка итоговых тренировочных тестов, позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того, на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на электронную почту (адрес электронной почты здесь). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

ЗАПРЕЩЕНО использование представленных на сайте материалов или их частей в любых коммерческих целях, а также их копирование, перепечатка, повторная публикация или воспроизведение в любой форме. Нарушение прав правообладателей преследуется по закону. Подробнее.

© 2014 — 2024 EDUCON.BY — Физика и Математика — Теория и Задачи.

Что такое электромагнитные поля?

Электрические поля возникают за счет разницы напряжений: чем больше электрическое напряжение, тем более сильным будет возникающее поле. Магнитные поля возникают там, где проходит электрический ток: чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле. Электрическое поле есть даже при отсутствии электрического тока. Если имеется электрический ток, то сила магнитного поля будет меняться в зависимости от расхода электроэнергии, а сила электрического поля остается при этом постоянной.
(Выдержка из брошюры «Электромагнитные поля», опубликованной Европейским региональным бюро ВОЗ в 1999 г. (серия справочных брошюр для местных органов власти по вопросам здоровья и окружающей среды; 32).

Природные источники электромагнитных полей

Электромагнитные поля (ЭМП) окружают нас повсюду, оставаясь при этом невидимыми человеческому глазу. Электрические поля образуются при возникновении в атмосфере электрических зарядов, вызванных грозой. Магнитное поле Земли заставляет иглу компаса всегда указывать направление «север–юг» и помогает птицам и рыбам ориентироваться в пространстве.

Антропогенные (искусственные) источники электромагнитных полей

Помимо ЭМП, возникающих за счет природных источников, в спектре электромагнитных полей есть и те, которые создаются антропогенными источниками: например, рентгеновские лучи, используемые для диагностирования переломов конечностей в результате спортивных травм. Электричество в каждой штепсельной розетке ведет к образованию сопутствующих ЭМП низкой частоты. Различные радиоволны более высокой частоты используются для передачи информации при помощи ТВ антенн, радиостанций или базовых станций мобильной связи.

Одна из основных характеристик электромагнитного поля – это его частота или соответствующая длина волны. Поля различной частоты воздействуют на организм по-разному. Вы можете попытаться представить электромагнитные волны в виде череды регулярно повторяющихся волн огромной скорости, равной скорости света. Частота – это показатель, который просто указывает число колебаний или циклов в секунду, а термин «длина волны» используется для определения расстояния между следующими одна за другой волнами. Следовательно, длина и частота волны тесно взаимосвязаны: чем выше частота, тем короче длина волны.

Проведение простого сравнения поможет лучше проиллюстрировать вышеизложенное: привяжите длинную веревку к дверной ручке, а свободный конец веревки держите в руке. Если вы будете медленно поднимать и опускать руку с веревкой, то образуется одна большая волна; если же движения будут более быстрыми, то это приведет к возникновению целой серии небольших волн. Длина веревки при этом остается постоянной, а значит, чем больше волн вы создадите (то есть, волн более высокой частоты), тем меньше будет расстояние между ними (то есть, длина волны будет короче).

Воздействие электромагнитных полей – это не новое явление. Однако, в течение XX века воздействие антропогенных электромагнитных полей в окружающей нас среде неуклонно возрастало по мере того, как увеличивающийся спрос на электроэнергию, непрерывно развивающиеся технологии и изменяющиеся формы социального поведения приводили к созданию все большего числа искусственных источников ЭМП. На каждого из нас воздействует целый комплекс слабых электрических и магнитных полей, как дома, так и на работе, в результате производства и передачи электроэнергии, использования бытовой техники и промышленного оборудования, средств телекоммуникации и радио- и телевещания.

Очень слабые электрические токи образуются в теле человека в результате химических реакций, происходящих в ходе нормального функционирования организма, даже при отсутствии внешних электрических полей. Например, нервы передают сигналы при помощи электрических импульсов. Большинство биохимических реакций (от биохимии пищеварения, до деятельности мозга) сопровождается перераспределением заряженных частиц. Даже сердце является электрически активным: ваш доктор может проследить это при помощи электрокардиограммы.

Электрические поля низкой частоты воздействуют на организм человека точно так же, как на любой другой материал, состоящий из заряженных частиц. Когда электрические поля воздействуют на электропроводные материалы, они влияют на распределение электрических зарядов на поверхности таких материалов. Электрические поля являются причиной того, что электрический ток проходит через тело человека и уходит в землю.

Низкочастотные магнитные поля индуцируют циркулирующие токи в организме человека. Сила этих токов зависит от интенсивности внешнего магнитного поля. Если токи достаточно сильные, они могут оказывать возбуждающее действие на нервы и мускулатуру, а также влиять на другие биологические процессы.

Как электрические, так и магнитные поля могут индуцировать напряжение и токи в организме человека, но даже если человек находится непосредственно под высоковольтной линией электропередач (ЛЭП), индуцированные токи очень слабы в сравнении с пороговыми значениями для возникновения состояния шока или других последствий, обусловленных электричеством.

Нагревание является основным биологическим эффектом от радиочастотных электромагнитных полей. Этот эффект использован в микроволновых печах для подогрева пищи. Уровни радиочастотных полей, воздействию которых обычно подвергаются люди, гораздо ниже уровней, способных вызвать значительное нагревание внутренних тканей организма.

Ученые исследуют вероятность того, что при продолжительном воздействии поля ниже порогового уровня могут вызвать эффекты нагревания внутренних тканей организма. На сегодняшний день нет подтвержденных данных о неблагоприятных последствиях для здоровья от продолжительного слабого воздействия радиочастотных полей или полей промышленной частоты. Тем не менее, ученые продолжают активно заниматься научными исследованиями в этой области.

Биологические эффекты – это поддающиеся измерению ответные реакции организма на раздражители или изменения в окружающей среде. Эти изменения необязательно вредны для вашего здоровья. Например, когда вы слушаете музыку, читаете книгу, едите яблоко или играете в теннис, возникает целый ряд биологических эффектов от этих процессов. Однако ни от одного из этих видов деятельности мы не ждем неблагоприятных последствий для здоровья.

Организм обладает тонкими механизмами для того, чтобы подстроиться к множеству самых разных воздействий, которые мы испытываем в условиях окружающей среды. Постоянные изменения являются непременной частью нашей жизни. Однако нет сомнений в том, что организм не обладает адекватными компенсационными механизмами в отношении всех биологических эффектов. Изменения необратимого характера, создающие продолжительный по времени стресс для организма, могут представлять угрозу для здоровья.

Неблагоприятное воздействие на здоровье вызывает поддающиеся обнаружению нарушения здоровья у человека, подвергшегося такому воздействию, или у его/ее детей; с другой стороны, биологические эффекты необязательно вызывают неблагоприятные последствия для здоровья.

Неоспоримым является тот факт, что электромагнитные поля выше определенного уровня могут вызывать биологические эффекты. Эксперименты, проведенные на здоровых волонтерах, указывают на то, что кратковременное воздействие полей тех уровней, которые присутствуют в окружающей среде или в нашем доме, не вызывает явных пагубных последствий. В отношении воздействия ЭМП более высокого уровня, способных причинить вред здоровью, существуют строгие ограничения, сформулированные в национальных и международных руководствах. В настоящее время основные споры ведутся вокруг того, может ли продолжительное воздействие полей низких уровней вызвать биологические ответные реакции организма и повлиять на самочувствие людей.

Широко распространенная обеспокоенность в отношении здоровья

Взгляд на новостные заголовки последних лет позволяет нам в известной степени уяснить, какие вопросы вызывают общественную обеспокоенность. Последние десять лет в центре внимания, с точки зрения опасностей для здоровья, оказались многочисленные источники электромагнитных полей, в том числе, линии электропередач, микроволновые печи, компьютерные мониторы и экраны телевизоров, устройства безопасности, радары, а с недавних пор – мобильные телефоны и их базовые станции.

Международный проект по ЭМП

В ответ на растущую общественную обеспокоенность в связи с возможными неблагоприятными последствиями для здоровья человека от воздействия все увеличивающегося количества разнообразных источников ЭМП, в 1996 г. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) приступила к реализации крупного мультидисциплинарного проекта по изучению ЭМП. Международный проект по ЭМП позволяет обобщить все современные научные знания и свести воедино ресурсы ведущих международных и национальных организаций и научных учреждений.

Выводы научных исследований

За последние 30 лет опубликовано около 25 тысяч статей по проблемам биологических эффектов и медицинского применения неионизирующего излучения. Несмотря на то, что некоторые люди считают, что следует и дальше наращивать научные исследования в этой области, на сегодняшний день научные знания в ней гораздо шире, чем знания в отношении большинства химических веществ. На основе недавно проведенного углубленного обзора научной литературы, ВОЗ пришла к выводу о том, что имеющиеся фактические данные не указывают на существование неблагоприятных последствий для здоровья от воздействия электромагнитных полей низких уровней. Однако в знаниях о биологических эффектах имеются определенные пробелы, что вызывает необходимость проведения дальнейших научных исследований.

Последствия для общего состояния здоровья

Некоторые представители общественности объясняют целый ряд симптомов «размытого» характера тем, что в домашних условиях мы подвергаемся слабому воздействию электромагнитных полей. К числу отмечаемых симптомов относятся следующие: головная боль, чувство беспокойства, суицидальные настроения и депрессия, тошнота, чувство усталости и потеря либидо. На сегодняшний день нет научно обоснованных данных, подтверждающих наличие связи между этими симптомами и воздействием электромагнитных полей. По крайней мере, некоторые из перечисленных проблем со здоровьем могут возникать из-за шума или других факторов окружающей среды, или из-за беспокойства, возникающего в связи с использованием новых технологий.

Последствия для исхода беременности

ВОЗ и другие организации провели оценку множества разнообразных источников электромагнитных полей и их воздействия в той среде, где мы живем и работаем, в том числе: компьютерных мониторов, гидростатических матрацев, одеял с электро-обогревом, радиочастотных сварочных аппаратов, оборудования для диатермии и радаров. В целом, совокупность фактических данных позволяет сделать вывод о том, что воздействие полей обычного для окружающей среды уровня не увеличивает риск какого-либо неблагоприятного исхода беременности, например спонтанного выкидыша, врожденных пороков развития, низкой массы тела при рождении или врожденных заболеваний. Время от времени поступают сообщения о взаимосвязи возникающих проблем со здоровьем и предположительным воздействием ЭМП. Например, имеются сообщения о случаях рождения недоношенных детей или детей с низкой массой тела при рождении в семьях людей, работающих в электронной промышленности. Однако научное сообщество не считает, что подобные случаи непременно связаны с воздействием полей (в отличие от связи, например, с таким фактором риска как воздействие растворителей).

Катаракты

Обычное раздражение глаз и катаракты иногда отмечаются у рабочих, испытывающих воздействие радиочастотного или микроволнового излучения высокого уровня. Однако исследования, проведенные на животных, не подтверждают предположение о том, что такие формы повреждения глаз могут быть вызваны полями тех уровней, которые не являются опасными с точки зрения возможного нагревания тканей организма. Нет фактических данных, подтверждающих, что подобные последствия имеют место при воздействии полей тех уровней, с которыми сталкивается обычное население.

Электромагнитные поля и раковые заболевания

Несмотря на многочисленные исследования данного вопроса, доказательства каких-либо возможных последствий такого рода от ЭМП остаются крайне противоречивыми. Однако, совершенно очевидно, что даже если ЭМП каким-то образом влияют на раковые заболевания, увеличение риска заболевания под воздействием ЭМП будет очень незначительным. Хотя имеющиеся на сегодняшний день результаты исследований отличаются крайней непоследовательностью, среди детей и взрослых не выявлено значительного увеличения риска заболевания любыми видами рака в результате воздействия ЭМП.

Ряд эпидемиологических исследований позволяет предположить, что есть незначительное увеличение риска заболевания детей лейкемией под воздействием низкочастотных магнитных полей в домашних условиях. Однако ученые не делают общего вывода о том, что такие результаты указывают на наличие причинно-следственной связи между воздействием полей и заболеванием (напротив, можно говорить об искажениях, допущенных в исследованиях, или об эффектах, не связанных с воздействием полей). Частично, такое мнение явилось результатом того, что исследования на животных и лабораторные исследования не подтверждают наличия каких-либо воспроизводимых эффектов, согласующихся с гипотезой о том, что поля вызывают раковые заболевания или способствуют их возникновению. Сейчас в ряде стран проводятся широкомасштабные исследования, которые, возможно, помогут ответить на связанные с данной проблемой вопросы.

Гиперчувствительность к электромагнитным полям и депрессия

Некоторые люди сообщают о «гиперчувствительности» к электрическим или магнитным полям. Они задаются вопросом, не может ли чувство боли, головная боль, депрессия, сонливость, нарушения сна и даже судороги и эпилептические припадки объясняться воздействием электромагнитного поля.

Научных данных, подтверждающих идею о гиперчувствительности к ЭМП, мало. В ходе недавних исследований, проведенных в скандинавских странах, был сделан вывод о том, что люди не демонстрируют стойких реакций на воздействие электромагнитных полей, если оно имеет место в должным образом контролируемых условиях. Не существует и какого-либо признанного биологического механизма для объяснения гиперчувствительности. Проведение научных исследований в данной области затруднено, поскольку здесь могут быть задействованы и другие субъективные ответные реакции организма помимо прямых эффектов от полей как таковых. Исследования в этом направлении продолжаются.

Какова основная направленность текущих и будущих исследований?

Сейчас значительные усилия сосредоточены на исследовании ЭМП в связи с раковыми заболеваниями. Продолжается изучение, хотя и в меньших масштабах, чем в конце 90-х годов, возможных канцерогенных эффектов от полей промышленной частоты.

Долговременные неблагоприятные последствия для здоровья от мобильных телефонов – это еще одна область, в которой в настоящее время проводится много исследований. Очевидные неблагоприятные последствия от воздействия радиочастотных полей низких уровней не обнаружены. Однако, учитывая общественную обеспокоенность в отношении безопасности сотовых телефонов, дальнейшие исследования направлены на выяснение того, не могут ли иметь место менее очевидные последствия при очень низких уровнях воздействия.

Основные положения

• Широкий спектр факторов окружающей среды вызывает биологические эффекты. «Биологические эффекты» и «угрозы для здоровья» – это не одно и то же. Для выявления и оценки угроз для здоровья требуется проведение специального исследования.
• На низких частотах внешние электрические и магнитные поля индуцируют слабые циркулирующие токи внутри организма человека. Практически во всех обычных условиях уровни индуцированных токов в организме слишком малы, чтобы вызвать явные последствия.
• Основной эффект от радиочастотных ЭМП состоит в нагревании внутренних тканей организма.
• Нет сомнений в том, что кратковременное воздействие очень мощных ЭМП может причинить вред здоровью. Сегодня общественную обеспокоенность в основном вызывают долговременные неблагоприятные последствия для здоровья от воздействия ЭМП более низкого уровня, чем тот, который обусловливает острые биологические реакции.
• Международный проект по ЭМП был инициирован ВОЗ для того, чтобы получить научно-обоснованные и объективные ответы на вопросы, вызывающие общественную обеспокоенность, в отношении возможных угроз для здоровья от электромагнитных полей низких уровней.
• Несмотря на широкомасштабные исследования, на сегодняшний день нет фактических данных, которые позволили бы сделать вывод о том, что воздействие ЭМП низких уровней вредит здоровью человека.
• Международные исследования сосредоточены на изучении возможных связей между раковыми заболеваниями и ЭМП промышленного и радиочастотного диапазона.

Если электромагнитные поля (ЭМП) представляют угрозу для здоровья, последствия ощутят все индустриально-развитые страны. Общественность требует конкретных ответов на все более злободневный вопрос: могут ли ЭМП, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, вызывать неблагоприятные последствия для здоровья?

Средства массовой информации нередко предлагают нам окончательные, с их точки зрения, ответы. Однако к таким сообщениям следует подходить с осторожностью, учитывая, что просвещение населения не является первоочередной задачей СМИ. Журналист может выбрать тему и написать статью, руководствуясь целым рядом причин далеко не технического характера: журналисты конкурируют между собой за время и место публикации, а журналы и газеты бьются за тираж.

Оригинальные сенсационные заголовки, которые могут привлечь внимание максимального числа людей, помогают журналистам в достижении их целей, а плохая новость – это не только всегда большая новость, но нередко та единственная, о которой мы узнаем. Большое число исследований, которые наводят на мысль о безопасности ЭМП, в лучшем случае лишь слабо освещаются в СМИ. Наука не может дать гарантии полной безопасности, но в целом, продолжение научных исследований не может не обнадеживать.

Необходимы различные виды исследований

Совокупность исследований в различных областях крайне важна для оценки потенциального неблагоприятного воздействия электромагнитных полей на здоровье В различных видах исследований рассматриваются разные аспекты данной проблемы.

Лабораторные исследования клеточного материала направлены на выявление основополагающих механизмов взаимосвязи между воздействием ЭМП и биологическими эффектами. Они проводятся для выявления механизмов, исходя из изменений на молекулярном и клеточном уровне, которые вызваны ЭМП. Такие изменения могут дать ключ к разгадке того, как физическая сила преобразуется в биологические процессы внутри организма человека. В рамках этих исследований отдельные клетки или ткани изымаются из привычной для них среды обитания, что может блокировать активность потенциальных компенсаторных механизмов.

Исследования иного рода – с использованием животных – более близки к реальным жизненным ситуациям. В результате ученые получают фактические данные, имеющие более прямое отношение к определению безопасных уровней воздействия для человека. В таких исследованиях нередко изучаются несколько различных по уровню полей с тем, чтобы проследить зависимость «доза-эффект».

Эпидемиологические исследования или исследования здоровья человека – это еще один непосредственный источник информации о долговременных последствиях воздействия ЭМП. Такие исследования направлены на изучение причин и распределения заболеваний в реальных жизненных ситуациях среди местных сообществ и профессиональных групп. Ученые пытаются определить, существует ли статистическая корреляция между воздействием ЭМП и заболеваемостью определенной болезнью или неблагоприятными последствиями для здоровья. Однако стоимость эпидемиологических исследований высока. Но что еще более важно, так это то, что они предусматривают проведение оценки очень сложных по составу групп населения, и обеспечить достаточно хороший контроль, необходимый для выявления малейших эффектов, в рамках таких исследований весьма непросто.

Вот почему ученые проводят оценку всех релевантных фактических данных, когда принимают решение относительно потенциальных угроз для здоровья, включая данные эпидемиологических исследований, исследований на животных и исследований клеточного материала.

Интерпретация результатов эпидемиологических исследований

Эпидемиологические исследования сами по себе обычно не могут точно установить взаимосвязь между причинами и эффектами, прежде всего потому, что они определяют только статистическую корреляцию между воздействием и заболеванием, которое может быть или не быть результатом воздействия.

Представим себе некое гипотетическое исследование, направленное на установление связи между воздействием ЭМП на рабочих-электриков компании «Х-Электрисити» и повышенным риском заболевания раком. Даже при выявленной статистической корреляции, она может объясняться неполными данными в отношении других факторов на рабочем месте. Например, рабочие-электрики могли испытать воздействие химических растворителей, способных вызывать раковые заболевания. Более того, наблюдаемая статистическая корреляция может быть результатом чисто статистических эффектов, или несовершенства схемы исследования.

Вот почему нахождение взаимосвязи между каким-то фактором и определенным заболеванием не всегда означает, что именно этот фактор вызвал заболевание. Для установления причинно-следственной связи исследователь должен учитывать многие факторы. Аргументы в пользу наличия такой связи становятся более убедительными, если наблюдается постоянная и сильная корреляция между воздействием и эффектом, четкая зависимость «доза-эффект», убедительное объяснение биологического характера, если результаты подкреплены релевантными исследованиями на животных, а самое главное, если различные исследования согласуются друг с другом.

Эти условия, как правило, не соблюдаются для исследований в области ЭМП и раковых заболеваний. Это одна из главных причин того, что ученые обычно не склонны делать вывод о наличии последствий для здоровья от слабых ЭМП.

Почему сложно полностью исключить возможность присутствия весьма незначительных рисков?

«По-видимому, отсутствие фактических данных о пагубных эффектах не может удовлетворить современное общество. Напротив, фактические данные об отсутствии таких эффектов все в большей степени востребованы». (Barnabas Kunsch, Австрийский научно-исследовательский центр Зайберсдорф)

«Отсутствуют убедительные фактические данные о неблагоприятных последствиях от ЭМП для здоровья» или «Причинно-следственная связь между ЭМП и раковыми заболеваниями не подтверждена» – вот типичные формулировки тех выводов, к которым пришли экспертные комитеты, изучавшие данную проблему. Все это звучит так, как будто научное сообщество избегает ответа на интересующий всех вопрос. Зачем же тогда продолжать научные исследования, если ученые уже продемонстрировали, что никаких последствий нет?

Ответ прост: научные исследования здоровья человека очень хорошо зарекомендовали себя с точки зрения выявления значительных эффектов, например, взаимосвязи между курением и раковыми заболеваниями. К сожалению, ученым сложнее отличить слабые эффекты от отсутствия эффектов как таковых. Если бы ЭМП тех уровней, которые типичны для окружающей среды, были сильными канцерогенными факторами, то к настоящему моменту было бы совсем просто продемонстрировать такую взаимосвязь.

Напротив, если ЭМП низких уровней являются слабыми канцерогенами, или даже если они являются сильными канцерогенами для небольшой группы людей, живущих в крупном сообществе, такую взаимосвязь гораздо сложнее продемонстрировать. Более того, даже если крупное научное исследование укажет на отсутствие такой корреляции, мы никогда не сможем быть совершенно уверены в том, что такой взаимосвязи действительно не существует.

Отсутствие эффекта может означать, что действительно эффектов нет. Но с тем же успехом это может свидетельствовать о том, что эффект просто не выявляется при помощи нашего метода оценки. Поэтому отрицательные результаты обычно менее убедительны, чем веские положительные результаты.

Наиболее сложная ситуация возникла, к сожалению, в области эпидемиологических исследований в отношении ЭМП, и состоит она в том, что имеется целый ряд исследований, давших неубедительные положительные результаты, которые, при этом, носят взаимно противоречивый характер. В такой ситуации, сами ученые, вероятно, расходятся во мнении относительно важности полученных данных. Тем не менее, в силу изложенных выше причин, большинство ученых и медицинских работников согласны с тем, что даже если существуют какие-либо последствия для здоровья от ЭМП низкого уровня, они, скорее всего, крайне незначительны в сравнении с другими рисками для здоровья, с которыми люди сталкиваются в повседневной жизни.

Что нас ждет в будущем?

Основная цель международного проекта ВОЗ по ЭМП состоит в том, чтобы инициировать и скоординировать проведение научных исследований во всем мире для осуществления обоснованных ответных действий в связи с проблемами, вызывающими общественную обеспокоенность. Это позволит обобщить результаты исследований клеточного материала, исследований на животных, а также исследований здоровья человека для обеспечения наиболее всесторонней оценки рисков для здоровья. Целостная оценка результатов ряда релевантных и заслуживающих доверия исследований даст наиболее достоверный ответ относительно неблагоприятных последствий для здоровья (если таковые существуют) от продолжительного воздействия слабых электромагнитных полей.

Один из способов иллюстрации необходимости получения фактических данных в результате проведения разнообразных экспериментов – это провести сравнение с разгадыванием кроссворда. Например, мы имеем девять вопросов, на которые должны ответить, чтобы разгадать определенный кроссворд с абсолютной УВЕРЕННОСТЬЮ. Предположим, мы знаем точные ответы лишь на три вопроса, но при этом сможем найти решение методом догадки. Однако определенные три буквы могут быть частью совершенно другого слова. В то же самое время, каждый дополнительный ответ усилит нашу уверенность. На самом деле, наука, скорее всего, никогда не сможет ответить на все вопросы, но, чем более убедительные фактические данные мы соберем, тем более точной будет наша догадка в отношении окончательного решения.

Основные положения

• Лабораторные исследования клеточного материала проводятся, чтобы определить, существует ли механизм, способствующий возникновению пагубных биологических эффектов под воздействием ЭМП. Исследования на животных чрезвычайно важны для определения возможных эффектов для высших организмов, физиология которых в определенной степени схожа с физиологией человека. Эпидемиологические исследования направлены на установление статистической корреляции между воздействием полей и распространенностью определенных неблагоприятных результатов в отношении здоровья у людей.
• Выявление статистической корреляции между неким фактором и определенным заболеванием не означает, что этот фактор явился причиной заболевания.
• Отсутствие эффектов для здоровья может означать, что таковых нет; однако, это может означать и то, что эффект просто не выявляется с помощью существующих методов.
• Результаты различных исследований (цитологических, эпидемиологических и исследований на животных) следует анализировать в совокупности, прежде чем делать выводы о возможных рисках для здоровья от предполагаемой экологической угрозы. Последовательные данные, полученные в результате этих столь разных по характеру исследований, помогут с большей степенью уверенности судить о действительных эффектах.

Электромагнитные поля дома

Уровни фонового электромагнитного излучения от передающих или распределительных электросетевых объектов

Электричество передается на большие расстояния по высоковольтным линиям. Трансформаторы снижают такое высокое напряжение в сети до требуемого уровня для распределения электроэнергии на местах – в домах и на предприятиях. Передающие и распределительные электросетевые объекты, а также бытовая электропроводка и электроприборы создают в домах фоновый уровень электрических и магнитных полей промышленной частоты. Если дома не расположены вблизи линий электропередач (ЛЭП), фоновый уровень может доходить примерно до 0.2 микротесл. Непосредственно под ЛЭП поля гораздо сильнее. Индукция магнитного поля на уровне земли может достигать нескольких микротесл. Уровни электрических полей непосредственно под ЛЭП могут доходить до 10 кВ/м. Однако поля (как электрические, так и магнитные) по мере удаления от ЛЭП ослабевают. На расстоянии 50-100 метров уровни полей, обычно, такие же, как те, которые наблюдаются на удаленных от высоковольтных ЛЭП территориях. К тому же, стены зданий значительно снижают уровни электрических полей в сравнении с уровнями вне домов в той же местности.

Электробытовые приборы

Самые сильные электрические поля промышленной частоты в окружающей среде обычно встречаются непосредственно под высоковольтными ЛЭП. Напротив, самые сильные магнитные поля промышленной частоты обычно наблюдаются в непосредственной близости от двигателей и других электроприборов, а также специализированного оборудования, например магнитно-резонансных томографов, используемых для диагностической визуализации в медицине.

Обычные значения силы электрических полей вблизи бытовых электроприборов (на расстоянии 30 см от них
(Источник: Федеральное ведомство по радиационной защите, Германия, 1999 г.)

Электробытовой прибор	Сила электрического поля (В/м)
Стерео-проигрыватель	180
Утюг	120
Холодильник	120
Миксер	100
Тостер	80
Фен для волос	80
Цветной телевизор	60
Кофейная машина	60
Пылесос	50
Электропечь	8
Лампочка	5
Установленное пороговое значение	5000

Многие люди удивляются, когда узнают о существовании магнитных полей самого разного уровня рядом с различными бытовыми приборами. Сила этих полей не зависит от размера, сложности, мощности таких приборов или уровня шума от них. Более того, сила магнитных полей может очень сильно различаться, даже если речь идет о вроде бы похожих приборах. Например, одни фены для волос окружены очень сильным полем, а другие вряд ли вообще создают какое-либо магнитное поле. Такая разница в отношении силы магнитных полей объясняется дизайном изделия.

В приведенной ниже таблице указаны обычные значения силы поля для ряда электроприборов, широко используемых дома и на рабочем месте. Измерения производились в Германии, при этом во всех приборах использовался ток с частотой 50 Гц. Следует отметить, что фактические уровни воздействия значительно различаются в зависимости от модели прибора и расстояния от него.

Обычные значения силы магнитных полей вокруг бытовых электроприборов (в зависимости от расстояния от них)

На расстоянии 3 см (микротесла)

На расстоянии 30 см (микротесла)

На расстоянии 1 м (микротесла)

6 – 2000

15 – 1500

2 – 20

Флюоресцентный осветительный прибор

0.5 – 2

4 – 8

1

0.15 – 0.5

0.15 – 3

0.12 – 0.3

0.6 – 3

0.01 – 0.25

0.01 – 0.15

Для большинства бытовых электроприборов сила магнитного поля на расстоянии 30 см от них значительно ниже установленного для населения порогового значения в 100 микротесл.

(Источник: Федеральное ведомство по радиационной защите, Германия, 1999 г.). Нормальная дистанция для работы с прибором выделена жирным шрифтом.

Таблица иллюстрирует две основные мысли: во-первых, сила магнитного поля вокруг всех приборов стремительно уменьшается по мере того, как вы удаляетесь от них; во-вторых, большинство бытовых приборов работает не слишком близко от человека. На расстоянии 30 см уровень магнитные поля вокруг большинства бытовых приборов более чем в 100 раз ниже установленного для обычного населения порогового значения в 100 микротесл при частоте электрического тока в 50 Гц (и 83 микротесл при частоте тока в 60 Гц).

Телевизоры и компьютерные мониторы

В основе работы компьютерных мониторов и телевизоров лежат одни и те же принципы. И те и другие продуцируют статические электрические поля и переменные электрические и магнитные поля разных частот. Однако, жидко-кристаллические мониторы некоторых ноутбуков и настольных ПК не создают значительные электрические и магнитные поля. Мониторы современных компьютеров созданы из проводящих материалов, что снижает статическое поле вокруг монитора до уровней, сопоставимых с нормальным фоновым уровнем в доме или на рабочем месте. Если человек работает на правильном расстоянии (30-50 см) от монитора, уровень индукции переменного магнитного поля (промышленной частоты) обычно ниже 0,7 микротесл. Сила переменных электрических полей при работе на том же расстоянии от монитора находится в интервале от менее 1 В/м до 10 В/м.

Микроволновые печи

Бытовые микроволновые печи отличаются большой мощностью. Однако, надежный защитный экран снижает возможную утечку микроволнового излучения за пределы печи до практически неопределяемого уровня. Кроме того, уровень утечки стремительно снижается по мере удаления пользователя от печи. Во многих странах существуют промышленные стандарты, конкретно указывающие предельно допустимые уровни утечки для новых печей. Если печь соответствует этим стандартам, она не представляет никакой угрозы для потребителя.

Переносные телефоны

Для работы переносных телефонов требуется гораздо менее интенсивное поле, чем для мобильных телефонов. Это связано с тем, что они используются совсем близко от своей базы, а значит, нет необходимости в сильном поле, как это было бы в случае передачи сигнала на большое расстояние. Соответственно, радиочастотные поля вокруг этих телефонов совсем незначительны.

Электромагнитные поля в окружающей среде

Радар

Радары используются для навигации, составления прогноза погоды, в военных целях, а также для выполнения множества других задач. Они посылают пульсирующие микроволновые сигналы. Пиковая мощность сигнала может быть высокой, между тем как средняя мощность может быть низкой. Многие радары вращаются или движутся вверх и вниз, что уменьшает среднее значение плотности мощности поля, которое воздействует на людей вблизи радара. Даже в отношении высокомощных, не вращающихся военных радарных установок действуют ограничения по уровню воздействия: он должен быть ниже установленного порогового значения в местах, доступных для населения.

Системы безопасности

Системы защиты от краж в магазинах основаны на использовании специальных датчиков, закрепляемых на товарах, которые считываются электрическими контурами на выходе. Когда покупка осуществлена должным образом, эти датчики снимают или полностью деактивируют. Электромагнитные поля вокруг контуров обычно не превышают рекомендуемые уровни допустимого воздействия. Системы управления доступом, работают по тому же принципу: датчик встроен в брелок для ключей, либо в пропуск. Системы безопасности в библиотеках используют специальные этикетки-датчики, которые деактивируются при выдаче книги читателю и вновь активируются, когда книга возвращается. Металло-детекторы и системы безопасности в аэропортах создают сильное магнитное поле (до 100 микротесл), которое реагирует на металлические предметы. Вблизи рамки детектора сила магнитного поля может приближаться к установленному пороговому уровню, а иногда и превышать его. Тем не менее, это не создает угрозу для здоровья, о чем будет сказано в разделе, посвященном руководящим принципам по допустимым уровням воздействия (см. «Опасны ли уровни воздействия выше установленных пороговых значений?»).

Электропоезда и трамваи

Поезда дальнего следования имеют один или несколько моторных отсеков, расположенных в отдельных вагонах. Таким образом, пассажиры испытывают воздействие полей в основном от электричества, подаваемого в поезд. Магнитные поля в пассажирских вагонах поездов дальнего следования могут достигать нескольких сотен микротесл на уровне пола и более низких значений (десятков микротесл) в других местах в купе. Сила электрического поля может достигать 300 В/м. Люди, живущие вблизи железнодорожных путей, могут испытывать воздействие магнитных полей от линий электропроводов над полотном железной дороги, причем сила этих полей, в зависимости от каждой конкретной страны, может быть сопоставима с силой полей вокруг высоковольтных ЛЭП.

Двигатели и тяговое оборудование поездов и трамваев обычно располагается внизу, под пассажирскими вагонами. На уровне пола интенсивность магнитного поля может достигать десятков микротесл (на тех участках пола, которые находятся прямо над двигателем). Однако, чем выше от пола, тем быстрее уменьшается интенсивность поля, и его воздействие на верхнюю часть туловища пассажиров значительно слабее.

Телевидение и радио

Когда вы у себя дома слушаете радио и ищете нужную вам станцию, задавались ли вы когда-нибудь вопросом, что могут означать хорошо знакомые вам сокращения АМ и FM? Радиосигналы могут быть амплитудно-модулированными (АМ) или частотно-модулированными (FM). Все зависит от того, как они переносят информацию. Радиосигналы АМ могут использоваться для вещания на очень большие расстояния, в то время как FM волны охватывают более ограниченные пространства, но при этом обеспечивают звук лучшего качества.

АМ радиосигналы передаются при помощи сложной системы антенн, которые могут достигать десятков метров в высоту и располагаться в местах, не доступных обычному населению. Уровни воздействия в непосредственной близости от антенн и кабелей питания могут быть высокими, но с ними приходится иметь дело обслуживающему персоналу, а не обычному населению.

Телевизионные антенны и антенны для FM радиосигналов гораздо меньше по размеру, чем антенны для АМ радиосигналов, и устанавливаются они как система направленных антенн на самом верху высоких башен. Причем башни являются лишь поддерживающей конструкцией. Поскольку уровень воздействия у самого основания таких башен ниже установленных пороговых значений, доступ обычного населения в места, где находятся такие башни, не запрещен. Небольшие ТВ- и радиоантенны местного значения иногда устанавливаются на крышах зданий; в этом случае не исключается необходимость контролировать доступ на крышу.

Мобильные телефоны и их базовые станции

Мобильные телефоны дают нам возможность всегда быть на связи с другими людьми. Эти приборы низкой мощности, испускающие и принимающие радиоволновые сигналы от сети стационарных базовых станций малой мощности. Каждая базовая станция мобильной связи обеспечивает охват определенной территории. В зависимости от потока обрабатываемых звонков, базовые станции могут находиться на расстоянии от всего лишь нескольких сотен метров (в крупных городах) до нескольких километров (в сельской местности) друг от друга.

Базовые станции мобильной связи обычно устанавливают на крыше зданий или башен, на высоте от 15 до 50 метров. Уровни прохождения сигналов от конкретной базовой станции непостоянны и зависят от количества звонков и расстояния, на котором звонящий абонент находится от базовой станции. Антенны излучают очень узкий пучок радиоволн, который далее распространяется почти параллельно земле. Поэтому радиочастотные поля на уровне земли и на территориях, обычно доступных для населения, во много раз ниже уровней, представляющих опасность.

Рекомендуемые пороговые значения были бы превышены лишь в том случае, если бы человек оказался прямо перед системой антенн на расстоянии одного-двух метров. До того, как мобильные телефоны стали широко использоваться, население в основном испытывало воздействие радиочастотного излучения от радио- и ТВ-станций. Но и сегодня, с появлением мобильных телефонов, башни, на которых расположены базовые станции мобильной связи, сами по себе крайне мало усугубляют общее воздействие на наш организм, поскольку сила сигналов в местах, доступных для населения, обычно такая же или даже ниже, чем сила сигналов от радио- и ТВ-станций, расположенных на значительном удалении от этих мест.

Однако на самого пользователя мобильного телефона воздействуют радиочастотные поля более высокого уровня, чем те, которые обычно присутствуют в окружающей нас среде. Разговаривая по мобильному телефону, мы держим его очень близко к голове. Именно поэтому, вместо того, чтобы отслеживать эффект нагревания тканей во всем организме, следует определить распределение поглощенной энергии в голове пользователя телефона. В результате сложного компьютерного моделирования и проведения оценок с использованием моделей головы человека, сделан вывод о том, что, по всей видимости, уровень энергии, поглощенной при использовании мобильного телефона, не превышает установленных на сегодня пороговых значений.

Вызывают обеспокоенность и другие, так называемые «нетермальные» последствия воздействия частот мобильных телефонов. Есть различные предположения в отношении едва заметных эффектов для клеток, которые могут повлиять на развитие раковых заболеваний. Также высказываются гипотезы о возможных эффектах для тканей, раздражаемых под воздействием электричества, и о том, что это может повлиять на функцию мозга и нервных тканей. Тем не менее, все имеющиеся на данный момент фактические данные не подтверждают наличия каких-либо пагубных последствий для здоровья человека от использования мобильных телефонов.

Магнитные поля в повседневной жизни: действительно ли они такие сильные?

В последние годы национальными органами власти различных стран были проведены многочисленные оценки для определения уровней ЭМП в среде обитания человека. Ни одно из этих обследований не пришло к выводу о том, что уровни полей могут вызвать неблагоприятные последствия для здоровья.

Недавно Федеральное ведомство по радиационной защите (Германия) сделало оценку повседневного воздействия магнитных полей с привлечением к обследованию примерно 2 000 человек. Оценка проведена как в отношении представителей ряда профессий, так и обычного населения. Всем участникам обследования были выданы персональные дозиметры для измерения уровней воздействия 24 часа в сутки. Полученные данные различались весьма значительно, но средний уровень в день составлял 0,10 микротесл. Это значение в тысячу раз меньше, чем предельно допустимое значение в 100 микротесл для обычного населения и в 5 тысяч раз ниже, чем предельное допустимое значение в 500 микротесл для людей определенных профессий. Более того, при исследовании воздействия полей на людей, живущих в центральной части городов, было обнаружено, что, с точки зрения воздействия полей, нет существенной разницы между проживанием в сельской и городской местности. Даже уровни воздействия на людей, живущих в непосредственной близости от высоковольтных ЛЭП, лишь незначительно отличаются от средних уровней воздействия на обычное население.

Основные положения

• Фоновые уровни ЭМП в доме в основном создаются передающими и распределительными электросетевыми объектами или бытовыми электроприборами.
• Электроприборы сильно различаются с точки зрения силы генерируемых ими полей. По мере удаления от приборов уровни как электрических, так и магнитных полей стремительно снижаются. В любом случае, уровни полей вокруг бытовых электроприборов обычно гораздо ниже установленных пороговых значений.
• Уровни электрических и магнитных полей от телевизоров и компьютерных мониторов (при соблюдении пользователем правильной дистанции от них) в сотни тысяч раз ниже установленных пороговых значений.
• Микроволновые печи, отвечающие стандартам качества, не представляют опасности для здоровья.
• Пока действуют ограничения в отношении доступа населения непосредственно к радарным установкам, радиоантеннам и базовым станциям мобильной связи, установленные предельные уровни воздействия радиочастотных полей не будут превышены.
• Пользователи мобильных телефонов испытывают воздействие полей таких уровней, которые значительно превышают любые значения, регистрируемые в обычной среде обитания. Но, по-видимому, даже столь высокие уровни воздействия не приводят к пагубным последствиям для здоровья.
• Многочисленные обследования подтвердили, что воздействие электромагнитных полей тех уровней, которые наблюдаются в среде обитания человека, очень незначительно.

Стандарты устанавливаются с целью защиты нашего здоровья. Широко известно о существовании стандартов для многих пищевых добавок, допустимой концентрации химических веществ в воде или концентрации веществ, загрязняющих воздух. Точно так же есть стандарты и в отношении электромагнитных полей, установленные с целью ограничения чрезмерного воздействия ЭМП, существующих в окружающей среде.

Кто вырабатывает руководящие принципы по допустимым уровням воздействия?

Страны самостоятельно устанавливают свои национальные стандарты в отношении допустимого воздействия ЭМП. Однако при формировании большинства национальных стандартов за основу были взяты руководящие принципы, разработанные Международной комиссией по защите от неионизирующей радиации (ICNIRP). Эта неправительственная организация, официально признанная ВОЗ, оценивает результаты научных исследований, проведенных по всему миру. На основании углубленного анализа имеющейся литературы ICNIRP разрабатывает руководящие принципы по допустимым уровням воздействия. Руководящие принципы подвергаются регулярному критическому рассмотрению и, по мере необходимости, обновляются.

Уровни ЭМП изменяются в зависимости от диапазона частот, и эта зависимость носит сложный характер. Перечисление всех значений для каждого стандарта и каждой частоты было бы затруднительно для понимания. Приведенная ниже таблица обобщает в сжатом виде рекомендации в отношении допустимых уровней воздействия в трех случаях, вызывающих особую обеспокоенность населения: воздействия электричества в домах, базовых станций мобильных телефонов и микроволновых печей. Эти руководящие принципы в последний раз обновлялись в апреле 1998 года.

Резюме руководящих принципов ICNIRP по допустимым уровням воздействия ЭМП

Промышленная частота, принятая в Европе		Частота базовой станции мобильной связи		Частота микроволновой печи
Частота	50 Гц	50 Гц	900 МГц	1.8 ГГц	2.45 ГГц
Электрическое поле (В/м)	Магнитное поле (микротесла)	Плотность мощности (Вт/м2)	Плотность мощности (Вт/м2)	Плотность мощности (Вт/м2)
Пороговые значения воздействия для обычного населения	5 000	100	4.5	9	10
Пороговые значения воздействия для людей определенных профессий	10 000	500	22.5	45

ICNIRP, EMF guidelines [Руководящие принципы по допустимым уровням воздействия ЭМП], Health Physics №74, 494-522 (1998 г.)

Рекомендуемые пороговые значения воздействия, принятые в некоторых странах бывшего Советского Союза и в западных странах, могут различаться в 100 и даже более раз. В связи с глобализацией торговли и стремительным внедрением телекоммуникаций во всем мире, возникает необходимость установления неких универсальных стандартов. Поскольку в настоящее время многие страны бывшего СССР работают над созданием новых стандартов, ВОЗ недавно объявила о глобальной инициативе по гармонизации рекомендуемых пороговых значений воздействия. Будущие стандарты будут основаны на результатах Международного проекта ВОЗ по электромагнитным полям.

Что лежит в основе руководящих принципов?

Важно отметить, что рекомендуемое пороговое значение само по себе не устанавливает четкую границу между тем, что безопасно и тем, что опасно. Не существует такого единого уровня, выше которого воздействие создает угрозу для здоровья. Напротив, потенциальный риск для здоровья человека возрастает постепенно, по мере увеличения уровней воздействия. В руководящих принципах указано, что, согласно имеющимся научным данным, воздействие ЭМП ниже определенного порогового значения не является опасным. Но из этого не следует автоматический вывод, что если воздействие превышает это определенное пороговое значение, оно непременно представляет опасность.

Тем не менее, для установления ограничений в отношении воздействия ученые, занимающиеся исследованиями, должны определить пороговый уровень, при котором начинают проявляться первые неблагоприятные последствия для здоровья. Поскольку для проведения экспериментов нельзя использовать людей, при составлении руководящих принципов приходится полностью полагаться на результаты опытов на животных. Незначительные изменения форм поведения животных при низких уровнях воздействия зачастую предшествуют более радикальным изменениям показателей здоровья при более высоких уровнях воздействия. Отклонение в поведении – это очень точный индикатор ответной биологической реакции, и оно было выбрано в качестве самого малозаметного неблагоприятного эффекта для здоровья. В руководящих принципах содержится рекомендация не допускать такие уровни воздействия ЭМП, при которых изменение форм поведения становится заметным.

Такой пороговый уровень воздействия с точки зрения изменения форм поведения не равен пороговому уровню, рекомендуемому в руководящих принципах. ICNIRP использует коэффициент безопасности, равный 10, при установлении допустимых предельных значений воздействия на людей определенных профессий, и коэффициент, равный 50, для расчета рекомендуемых предельных значений для обычного населения. Например, в диапазоне радиочастот и микроволновых частот, максимальные уровни, с которыми вы можете столкнуться в окружающей среде или у себя дома, по меньшей мере, в 50 раз ниже, чем те пороговые значения, при которых у животных проявляется изменение форм поведения.

Почему для людей определенных профессий установлены менее жесткие ограничения в отношении допустимого уровня воздействия, чем для обычного населения?

Лица, которые в силу своей профессии вынуждены испытывать воздействие полей – это взрослые люди, привыкшие работать в хорошо знакомых им условиях электромагнитных полей. Они прошли соответствующую подготовку, чтобы понимать потенциальные риски такой работы и принимать соответствующие меры предосторожности. В отличие от них, обычное население – это люди всех возрастов с разным состоянием здоровья. Во многих случаях обычные люди даже не осознают, что на них воздействуют ЭМП. Кроме того, не следует ожидать, что каждый человек будет принимать меры для того, чтобы избежать вредного воздействия полей или свести его к минимуму. Именно по этим причинам для обычного населения приняты более жесткие ограничения в отношении допустимого уровня воздействия, чем для людей, подвергающихся воздействию ЭМП в силу своей профессии.

Как было упомянуто выше, низкочастотные ЭМП индуцируют токи в организме человека (см. раздел «Краткое описание последствий для здоровья»). Но и различные биохимические реакции в самом организме человека также генерируют токи. Клетки и ткани не смогут распознать индуцированные токи, если они ниже этого фонового уровня. Вот почему в отношении низкочастотных полей в руководящих принципах по допустимым уровням воздействия закреплено, что уровень токов, индуцированных электромагнитными полями, должен быть ниже уровня токов, естественным образом генерируемых в организме человека.

Основной эффект от радиочастотной энергии состоит в нагревании тканей. Соответственно, пороговые значения воздействия радиочастотных и микроволновых полей установлены таким образом, чтобы предотвратить пагубные последствия для здоровья от локализованного или общего нагревания организма (см. «Краткое описание последствий для здоровья»). Соблюдение руководящих принципов гарантирует, что эффекты нагревания будут достаточно слабыми и, соответственно, неопасными.

Чего нельзя предусмотреть в руководящих принципах?

В настоящее время предположения о возможных долговременных неблагоприятных последствиях для здоровья не могут служить основанием для выпуска соответствующих руководящих указаний или стандартов. Если суммировать результаты научных исследований, совокупность всех доказательств не свидетельствует о том, что ЭМП вызывают долговременные пагубные последствия, например, раковые заболевания. Национальные и международные органы устанавливают и обновляют стандарты на основании самых последних научных знаний, чтобы защитить здоровье людей от общеизвестных неблагоприятных эффектов.

Руководящие принципы создаются в интересах некого «среднего» населения и не могут напрямую отвечать на запросы того меньшинства, которое, возможно, отличается более высокой чувствительностью. Например, руководящие принципы по допустимым уровням загрязнения воздуха не ориентированы на особые потребности людей больных астмой. Точно так же, руководящие принципы в отношении ЭМП не призваны защищать людей от воздействия, связанного с вживляемыми медицинскими электронными приборами, такими как кардиостимуляторы. Вместо этого, такие пациенты должны обращаться за советом по поводу того, как избежать возможного неблагоприятного воздействия, к производителям и врачам, вживляющим прибор.

Каковы типичные максимальные уровни воздействия в домашних условиях и в окружающей среде?

Некоторая информация практического характера поможет вам оценить приведенные выше значения уровней воздействия, установленные в международных руководящих принципах. Ниже в таблице вы найдете информацию о наиболее распространенных источниках ЭМП. Все приведенные значения – это максимально допустимые уровни для обычного населения. Уровень воздействия в вашем случае, вероятнее всего, будет гораздо ниже. Чтобы получить более подробную информацию об уровнях полей вокруг отдельных электроприборов, рекомендуем вам ознакомиться с разделом «Обычные уровни воздействия в домах и в окружающей среде».

Источник	Типичный максимальный уровень воздействия для обычного населения
Электрическое поле (В/м)	Индукция магнитного поля (микротесла)
Естественные поля	200	70 (магнитное поле Земли)
Мощность, потребляемая от сети в домах, расположенных не вблизи линий электропередач (ЛЭП)	100	0.2
Мощность, потребляемая от сети под крупными ЛЭП	10 000	20
Электропоезда и трамваи	300	50
Телевизоры и компьютерные мониторы (на правильном расстоянии от них)	10	0.7
Типичный максимальный уровень воздействия для обычного населения (Вт/м2)
Теле- и радиопередающие станции	0.1
Базовые станции мобильной связи	0.1
Радары	0.2
Микроволновые печи	0.5

Источник: Европейское региональное бюро ВОЗ

Как руководящие принципы применяются на практике, и кто контролирует этот процесс?

Ответственность за проверку уровней полей вокруг ЛЭП, базовых станций мобильной связи и других источников, доступ к которым обычного населения не ограничен, лежит на государственных учреждениях и местных органах власти. Они должны обеспечить соблюдение руководящих принципов.

Если речь идет об электронных приборах, за соблюдение стандартных ограничений отвечают производители. Однако, как было упомянуто выше, свойства большинства приборов таковы, что излучение от них гораздо ниже даже малозначимых величин воздействия. Кроме того, многие объединения потребителей регулярно проводят тестирование приборов. В случае, когда вы испытываете особую обеспокоенность или тревогу, рекомендуем вам напрямую связаться с производителем или направить запрос в местный орган общественного здравоохранения.

Опасны ли уровни воздействия выше установленных пороговых значений?

Совершенно не опасно съесть баночку клубничного джема до истечения срока годности. Но если вы съедите джем позже, производитель не гарантирует вам хорошее качество продукта. Однако обычно даже через несколько недель или месяцев после истечения срока годности употреблять джем в пищу совершенно безопасно. Аналогичным образом, руководящие принципы в отношении ЭМП гарантируют, что в пределах установленных пороговых значений воздействия не возникнет никаких общеизвестных пагубных последствий для здоровья. Значительный коэффициент безопасности использован при установлении того уровня, который, как общепризнано, вызывает пагубные последствия для здоровья. Поэтому даже если вы подверглись воздействию поля, сила которого в несколько раз превосходит определенное пороговое значение, воздействие на вас все равно будет в пределах безопасности.

В повседневных ситуациях большинство людей не подвергается воздействию ЭМП с превышением установленных пороговых значений. Обычные уровни воздействия гораздо ниже этих значений. Тем не менее, бывают случаи, когда человек подвергается в течение короткого периода времени воздействию, близкому или даже превосходящему рекомендуемые пороговые уровни. Согласно ICNIRP, воздействие радиочастотных и микроволновых полей следует усреднить по времени, чтобы понять кумулятивные эффекты. В руководящих принципах в отношении воздействия таких полей конкретно указано усреднение по времени (шесть минут), и специально упомянуто как допустимое кратковременное воздействие с превышением пороговых значений.

Напротив, в руководящих принципах в отношении воздействия низкочастотных электрических и магнитных полей нет усреднения по времени. Еще более усложняет картину наличие так называемого «фактора сопряжения». Под этим понимается взаимовлияние электрических и магнитных полей и тела, испытывающего их воздействие. Фактор сопряжения зависит от размера и формы тела, типа тканей и расположения тела в пространстве по отношению к полю. Руководящие принципы обязаны быть консервативными: ICNIRP всегда исходит из того, что между полем и человеком, испытывающим его воздействие, есть максимальное сопряжение. Поэтому рекомендуемые пороговые уровни обеспечивают максимальную защиту человека. Например, даже если уровни магнитного поля фена для сушки волос или электробритвы оказываются выше рекомендуемых значений, очень слабое сопряжение между полем и головой предотвращает индуцирование электрических токов, которые могли бы превысить установленные предельно допустимые уровни.

Основные положения

• Выпускаемые ICNIRP руководящие принципы основаны на современных научных знаниях. Большинство стран используют это международное руководство для формирования своих национальных стандартов.
• Стандарты в отношении низкочастотных ЭМП предусматривают, что уровень индуцированных токов должен быть ниже обычного уровня фоновых токов в организме человека. Стандарты для радиочастотных и микроволновых полей установлены на таком уровне, чтобы не допустить неблагоприятных последствий для здоровья от локализованного или общего нагревания организма.
• Руководящие принципы не предусматривают защиту от возможного воздействия медицинских электроприборов.
• Максимальные уровни воздействия в повседневной жизни обычно гораздо ниже рекомендуемых пороговых значений.
• Благодаря значительному коэффициенту безопасности воздействие, превышающее установленные пороговые значения, необязательно окажется вредным для здоровья. Кроме того, усреднение по времени в отношении высокочастотных полей и допущение о максимальном сопряжении для низкочастотных полей еще более расширяют границы безопасности.

По мере поступления все новых данных научных исследований вероятность того, что воздействие ЭМП представляет серьезную угрозу для здоровья, уменьшается. Однако определенная неуверенность сохраняется. Некогда чисто научная дискуссия о том, как следует интерпретировать противоречивые данные, превратилась в обсуждение этого вопроса как важной общественной и политической проблемы.

Публичное обсуждение ЭМП сосредоточено на вопросах потенциального вреда таких полей и часто оставляет без внимания ту пользу, которая связана с технологическим использованием ЭМП. Без электричества наша жизнь замрет. Точно так же теле- и радиовещание стали очевидным фактом современной жизни. Крайне важно анализировать соотношение ценности и потенциальных угроз.

Охрана общественного здоровья

Международные руководящие принципы и национальные стандарты по безопасным уровням воздействия электромагнитных полей разрабатываются на основе современных научных знаний и призваны гарантировать, что те поля, с которыми приходится сталкиваться людям, не причинят вреда их здоровью. Чтобы учесть наличие некоторых неопределенностей в знаниях (например, по причине допущенных в экспериментах ошибок, экстраполяции данных с животных на человека или из-за статистической погрешности), при установлении пороговых значений допустимого воздействия используются значительные коэффициенты безопасности.

Руководящие принципы подвергаются регулярному критическому рассмотрению и, по мере необходимости, обновляются. С учетом существующих неопределенностей, соблюдение дополнительных мер предосторожности рекомендовано в качестве эффективного подхода, который можно взять на вооружение до тех пор, пока наука не пополнит наши знания о влиянии ЭМП на здоровье. Однако выбор конкретного подхода в отношении соблюдения предосторожности и степень его использования чрезвычайно зависит от силы доказательств наличия риска для здоровья, а также масштабов и характера возможных последствий. Меры предосторожности должны быть пропорциональны потенциальному риску.

Был разработан ряд стратегий по популяризации мер предосторожности в целях привлечения внимания к проблемам, вызывающим обеспокоенность в отношении общественного здоровья, гигиены труда и окружающей среды, а также безопасности в связи с химическими и физическими факторами риска.

Что рекомендуется делать, пока научные исследования в этой области продолжаются?

Одна из целей Международного проекта по ЭМП состоит в том, чтобы помочь национальным органам управления взвесить преимущества от использования технологий, основанных на ЭМП, и сопоставить их с возможным обнаружением риска для здоровья от их использования. Помимо этого ВОЗ выпустит рекомендации в отношении мер защиты, если в них возникнет необходимость. На завершение необходимых научных исследований, оценку их результатов и публикацию уйдет несколько лет. Тем временем Всемирная организация здравоохранения подготовила серию указанных ниже рекомендаций:

• Строго соблюдать существующие национальные и международные стандарты безопасности: такие стандарты, основанные на современных знаниях, разрабатываются для защиты каждого человека с использованием значительного коэффициента безопасности.
• Соблюдать простые меры защиты: заграждения, установленные вокруг источников сильных ЭМП, позволяют ограничить несанкционированный доступ на территории, где допустимые пороговые значения могут быть превышены.
• Проводить консультации с местными органами власти и представителями общественности в отношении выбора места строительства новых ЛЭП и базовых станций мобильной связи: нередко при принятии решений о месте строительства требуется учитывать эстетические факторы и особенности восприятия ситуации общественностью. Открытый обмен информацией на стадии планирования может содействовать лучшему взаимопониманию и широкому одобрению строительства нового объекта.
• Обмениваться информацией: эффективная система информации в области здравоохранения и обмен информацией между учеными, государственными органами, представителями промышленности и общественности может способствовать повышению уровня общей осведомленности о программах, связанных с воздействием ЭМП, и уменьшению недоверия и страхов.

Как возникает электростатическое поле 7 класс

Форма материи, с помощью которой происходит взаимодействие электрически заряженных частиц, называется электрическим полем.

Такое понятие, как «электрическое поле» нужно для того, чтобы объяснить взаимодействие электрических зарядов, конкретно для того, чтобы узнать, почему же возникают силы, действующие на заряды, и как эти силы передаются от одного заряда к другому?

Известный английский физик Майкл Фарадей ввел понятия магнитного и электрического полей. Как считал Фарадей, электрические заряды друг на друга непосредственно не действуют. Каждый заряд в пространстве вокруг себя создает электрическое поле.

Пространство вокруг наэлектризованного тела не такое, как пространство, которое находится вокруг ненаэлектризованных тел. Другими словами, с любым зарядом должно быть связано электрическое поле, действующее непосредственно с определенной силой на остальные заряды. Электрическое поле материально. Оно обнаруживается по воздействию на заряженные тела. Это можно подтвердить следующим опытом.

§ 2 Действие электрического поля на электрические заряды

Пробуем заряженной палочкой коснуться гильзы, подвешенной на нити, которая изготовлена из металлической фольги, и увидим, что она отталкивается.

Электрическое поле палочки действует на гильзу с большей силой, если она будет ближе к ней.

Таким образом, можем сказать, что действие поля будет сильнее вблизи заряженных тел, а в случае удаления от них поле ослабевает. Пробный заряд, находящийся на шарике маленького размера, помогает при исследовании электрического поля.

Электрическое поле действует неодинаково на различные вещества и зависит от их внутреннего строения. По этому действию все вещества можно разделить на:

·проводники электрического тока;

·изоляторы или диэлектрики.

Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

Он образуется под действием электрического поля, именно этим характеризуются проводники. Это происходит благодаря тому, что в проводниках есть свободные заряды.

Проводники условно можно разделить на два рода:

1.проводники первого рода (металлы, в которых есть свободные электроны);

2.проводники второго рода (растворы электролитов, где свободными зарядами будут положительно заряженные ионы, их называют катионами и отрицательно заряженные ионы – анионы).src=»https://znaika.ru/uploads/synopsis_content/231ba75c4682c3118f23db90f93a340cdfee5245d7d62bb80ca7e0/image004.jpg» alt=»» width=»605″ height=»268″ border=»0″ />

При обычной температуре полупроводники имеют мало свободных зарядов.

Когда электроны в полупроводниках становятся свободными, на их месте образуется дырка – это избыток положительного заряда. Именно из-за этого носителями заряда в полупроводниках будут электроны и дырки.

В диэлектриках не существует свободных носителей зарядов, из этого следует, что под действием электрического поля в них не возникает электрического тока, но при этом возникает явление, которое называется поляризацией диэлектрика(приобретение диэлектриком полярности за счёт разделения в нём положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля).

Теория близкодействия получила свое подтверждение в физике после введения такого понятия, как поле. Важнейшим ее отличием от теории дальнодействия считается идея о существовании такого процесса в пространстве между взаимодействующими телами, который длится конечное время.

В работах английского физика Дж. К. Максвелла эта идея получила свое подтверждение.

Он доказал на теории, что электромагнитные взаимодействия распространяются в пространстве с конечной скоростью – с, которая будет равна скорости света в вакууме (300 000 км/с). Изобретение радио стало экспериментальным доказательством данной теории. В пространстве, окружающем неподвижный заряд, возникает электрическое поле так же, как и около движущихся зарядов (токов или постоянных магнитов) возникает магнитное поле.

Превращаться друг в друга могут электрические и магнитные поля, таким образом, получается одно электромагнитное поле. Как электрическое, так и магнитное поле являются только отдельным случаем одного электромагнитного поля. Переменные электрические и магнитные поля могут существовать без зарядов и токов, их породивших. Электромагнитное поле переносит некоторую энергию, массу, импульс. Следовательно, электромагнитное поле можно назвать физической сущностью, которая обладает некими физическими свойствами. Электростатическим называют электрическое поле неподвижных зарядов. Оно не меняется со временем, также неразрывно связано с зарядами, его породившими, и существует в пространстве, которое их окружает.

При наложении полей от нескольких точечных зарядов образуется электростатическое поле, напряженность которого в любой его точке равна геометрической сумме напряженностей от каждого из составляющих полей.

Свойство Е = Е1+Е2+Е3+… называется принципом суперпозиции полей.

Напряженностью электростатического поля называют отношение силы, которая действует на пробный заряд, к его величине, она не зависит от величины пробного заряда.

E =

Напряжённость электрического поля в Международной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах на метр [В/м] или в ньютонах на кулон [Н/Кл].

Напряженность можно назвать силовой характеристикой электрического поля. Направление напряженности и направление силы Кулона совпадают.

Для лучшего понимания электростатическое поле показывают непрерывными линиями напряженности.

Силовые линии электростатического поля – это линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением напряженности поля в этой точке.

Число линий напряженности, приходящихся на единицу площади, с удалением от заряда уменьшается, также уменьшается и сила, действующая на пробный заряд. Этот вывод находится в полном соответствии с результатами эксперимента, приведенными выше.

§ 3 Краткий итог урока

Итак, природа электрического поля состоит в следующем:

1. Электрическое поле материально, оно существует независимо от нашего сознания.

2. Главным свойством электрического поля является действие его на электрические заряды с некоторой силой. По этому действию устанавливается факт его существования. Действие поля на единичный заряд – напряженность поля – является одной из его основных характеристик, по которой изучается распределение поля в пространстве.

3. Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой.

4. Электростатическое поле неподвижных зарядов не меняется совершенно и неразрывно связано с зарядами, которые его образуют.

5. Вектор Е̄̄̄̄̄̄̄ совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд.

Список использованной литературы:

1. Пёрышкин А.В. Физика 8.- М.: Дрофа, 2004.
2. Кабардин О.Ф. Справочник по физике. — М.: Дрофа, 1997.
3. Лукашик В.И. Сборник задач по физике. – М.: Яхонт, 2000.