Энергия магнитного поля тока. Электромагнитное поле

Согласно закону сохранения энергии энергия магнитного поля, созданного током, равна той энергии, которую должен затратить источник тока на создание тока. При прекращении тока эта энергия выделяется в той или иной форме. Объясняется это тем, что при замыкании цепи, когда ток начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое поле, действующее против того электрического поля, которое создается в проводнике благодаря источнику тока. Для того чтобы сила тока достигла некоторого значения, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля. Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля тока. При размыкании цепи ток исчезает, и вихревое поле совершает положительную работу. Запасенная током энергия выделяется. Это обнаруживается по мощной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью.Рассмотрим контур с током, образованный неподвижными проводами и скользящей по ним подвижной перемычкой длиной (эл) l . Этот контур находится во внешнем однородном магнитном поле с индукцией (бэ) B, перпендикулярном к плоскости контура. На элемент тока I (подвижный провод) длиной l действует 
сила Ампера, направленная вправо. Пусть проводник переместится параллельно самому себе на расстояние (икс) x. Работа, совершаемая проводником с током при перемещении, численно равная произведению тока на магнитный поток, пересечённый этим проводником. Рассмотрим прямоугольный контур с током 1-2-3-4-1. Магнитное поле направлено от нас перпендикулярно плоскости контура. Магнитный поток, пронизывающий контур, направлен по нормали к контуру и является положительной величиной. Переместим этот контур параллельно самому себе в новое положение. Полная работа по перемещению контура в магнитном поле равна алгебраической сумме работ, совершаемых при перемещении каждой из четырех сторон контура. Где работы на участках 2-3 и 4-1 равны нулю, т.к. эти стороны не пересекают магнитного потока при своём перемещении (очерчивают нулевую площадку). Тогда работа, совершаемая при перемещении замкнутого 
контура с током в магнитном поле, равна произведению величины тока на 
изменение магнитного потока, сцепленного с этим контуром. Явление самоиндукции подобно явлению инерции в механике. Так инерция приводит к тому, что под действием силы тело не мгновенно приобретает определенную скорость, а постепенно. Тело нельзя мгновенно затормозить, как бы велика не была тормозящая сила. Точно также за счет самоиндукции при замыкании цепи сила тока не сразу приобретает определенное значение, а нарастает постепенно. Выключая источник, мы не прекращаем ток сразу. Самоиндукция поддерживает его некоторое время, несмотря на сопротивление цепи. Если самоиндукция аналогична инерции, то индуктивность в процессе создания тока играет ту же роль, что и масса при увеличении скорости тела в механике. Роль скорости тела в электродинамике играет сила тока как величина, характеризующая движение электрических зарядов. Значит и энергию магнитного поля тока можно считать величиной, подобной кинетической энергии тела в механике, и записать в виде половины произведения индуктивности магнитного поля на квадрат силы индукционного тока.
Задача. Чему равна энергия магнитного поля соленоида индуктивностью 4 десятые генри, по обмотке которого течет ток в 3 ампера? Энергию магнитного поля найдем как половину произведения индуктивности на квадрат силы тока, то есть 4 десятые умножим на 3 в квадрате и поделим на 2. Получим ответ: 1 целая и 8 десятых джоулей. Электрический ток, протекающий по проводнику, создает в окружающем его пространстве магнитное поле, обладающее определенной энергией. В том, что магнитное поле, например, витка с током, обладает энергией, легко убедиться экспериментально. При пропускании тока через гибкий свободный проводник, согнутый в виде кругового витка, проводник распрямляется. Изучая свойства электромагнитного поля, Максвелл задался вопросом: если переменное магнитное поле порождает электрическое поле, то не существует ли в природе обратного процесса? Не порождает ли переменное электрическое поле, в свою очередь, магнитное? Максвелл допустил, что такого рода процесс реально происходит в природе. Когда электрическое поле изменяется со временем, оно порождает магнитное поле. Линии магнитной индукции охватывают линии напряженности электрического поля, подобно тому как линии индукции переменного магнитного поля. Но теперь при возрастании напряженности электрического поля направление вектора индукции возникающего магнитного поля образует правый винт с направлением вектора напряженности поля. При убывании напряженности электрического поля направление вектора магнитной индукции образует с направлением вектора левый винт. При зарядке конденсатора после замыкания ключа магнитное поле создается не только током в проводнике, но и изменяющимся электрическим полем, существующим в пространстве между обкладками конденсатора. Электромагнитные волны существуют только потому, что переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое в свою очередь, порождает переменное магнитное поле. Нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы одновременно в пространстве не возникло и электрическое поле, и наоборот. Экспериментально получил электромагнитную волну Генрих Герц в 1886 году. Нужно запомнить, что скорость распространения электромагнитной волны в вакууме равна скорости света, то есть 300 миллионов метров в секунду. Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении электрических зарядов. В излучающей антенне находится переменный электрический ток, который порождает переменное магнитное поле, оно в свою очередь – переменное электрическое поле, и так распространяется электромагнитное поле. В приемной антенне возникают аналогичные колебания тока, что и в излучающей антенне.  Опыты Герца, описание которых появилось в 1888 году, заинтересовали физиков всего мира. Ученые стали искать пути усовершенствования излучателя и приемника электромагнитных волн. 
В России одним из первых, кто занялся изучением электромагнитных волн, был преподаватель офицерских курсов в Кронштадте Александр Степанович Попов.  Начав с воспроизведения опытов Герца, он использовал более надежный и чувствительный способ регистрации электромагнитных волн. Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии.
Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Зная, что скорость движения электромагнитных волн равна скорости света, можно определить расстояние между точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Это расстояние называется длиной волны. Длина волны (в метрах) рассчитывается как отношение скорости света взятой в метрах к частоте электромагнитного излучения взятой в МГц. Такое соотношение показывает, например, что на частоте 1 МГц длина волны составляет 300 метров. С увеличением частоты длина волны уменьшается, с 
уменьшением частоты длина волны увеличивается. Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины. Электрическое поле без магнитного или магнитное поле без электрического могут существовать только по отношению к определенной системе отсчета. Так покоящийся заряд создает только электрическое поле относительно неподвижной опоры, как определенной системы отсчета.  Если же эту опору перемещать в другой системе отсчета, то заряд будет создавать магнитное поле в пространстве этой другой системы отсчета.
Значит утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое поле или только магнитное поле, бессмысленно, если не указать, по отношению к какой системе отсчета эти поля рассматриваются. Отсутствие электрического поля в системе отсчета, содержащей покоящийся магнит, совсем не означает, что электрического поля нет вообще. По отношению к любой движущейся относительно магнита системе это поле может быть обнаружено. Электрические и магнитные поля – проявление единого целого – электромагнитного поля. Электромагнитное поле – особая форма материи, осуществляющая взаимодействие между заряженными частицами. Оно существует реально, то есть независимо от нас, от наших знаний о нем. Но в зависимости от того, в какой системе отсчета рассматриваются электромагнитные процессы, проявляются те или иные стороны единого целого – электромагнитного поля. Покупая в магазине новую бытовую технику, обращайте внимание на параметры электромагнитного излучения, коротко - ЭМИ. Проконсультируйтесь в случае необходимости с продавцом. Предельно допустимая норма электромагнитного излучения для человека составляет 0,2 микротеслы. Самое часто посещаемое место в квартире – это кухня. Именно на кухне сосредоточено большое количество бытовой техники.  Работая над дизайном кухни мы стремимся к максимальному комфорту и   стараемся расположить всю технику компактно, чтобы можно было легко дотянуться.  Скопление приборов в одном месте дает мощное излучение, что влечет негативное воздействие на человека.  Для собственной безопасности не стоит находиться рядом с работающими электроприборами.  Наиболее безопасной должна быть зона отдыха и спальня. Не стоит загромождать эти помещения электротехникой. Особое внимание нужно обратить при выборе спального места: не стоит ставить кровать у стены, за которой находится холодильник – его электромагнитное излучение достаточно мощное и легко проходит сквозь стены. Прикроватные электронные часы (даже если они работают от батареек) не должны стоять слишком близко к вашей подушке. Отодвиньте их на расстояние вытянутой руки.
Сильным источником излучения являются беспроводной и мобильный телефоны. Соблюдая элементарные правила, человек может ограничить себя от воздействия электромагнитного поля: во время вызова нельзя держать трубку мобильного или беспроводного телефона возле уха, поскольку именно в этот момент происходит самое сильное излучение. Даже во время разговора желательно держать телефон на некотором расстоянии от головы и не увлекаться долгими беседами. 
Еще одним источником электромагнитного излучения является офисная техника (факс, принтер, ксерокс, сканер).  При выборе места для данной техники помните, что она должна находиться от вас на расстоянии не менее полутора метров. По окончании использования ее необходимо отключать от источников питания. Беспроводные устройства: модемы, радиотелефоны, система Wi-Fi - также являются мощным источником излучения. У источника бесперебойного питания уровень электромагнитного облучения выше, чем от самого компьютера. Значит, если нет возможности отказаться от них, поместите их как можно дальше от себя и постарайтесь не пользоваться часто. В 2001 году в Институте Биофизики Минздрава России под руководством профессора Ю.Г. Григорьева был проведен эксперимент по исследованию 
воздействия ЭМП сотового телефона на куриные яйца, содержащие живые эмбрионы. 
Основная задача эксперимента - проследить влияние электромагнитного поля сотового телефона на развитие и формирование цыпленка от стадии эмбриона до стадии вылупления. В ходе эксперимента отчетливо проявилась повышенная гибель эмбрионов, облучавшихся ЭМП сотового телефона (контрольная группа - 2%, экспериментальная - 20%). Зафиксированы случаи досрочного вылупления цыплят с явно выраженными пороками в формировании органов и естественной гибелью после вылупливания. Всемирная организация здравоохранения исследовала физиологические, биохимические, клинические, психологические параметры, характеризующие функциональное состояние пользователей до, вовремя и после использования телефонов разных стандартов. 
Итоги исследований.
ЭМП воздействует на:
1) центральные структуры мозга (височную, височно-теменную и затылочную области - головная боль и повышенная утомляемость в зависимости от длительности переговоров);

2) периферические рецепторы вестибулярного, слухового и зрительного анализаторов;

3) биологические активные точки уха (повышение температуры в области уха к 30-ой минуте облучения  до 37 – 41 градуса).