Pole elektromagnetyczne

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Pole elektromagnetyczne - pole fizyczne, stan przestrzeni w której na ładunek elektryczny działają siły o naturze elektromagnetycznej. Pole elektromagnetyczne jest układem dwóch pól pola elektrycznego i pola magnetycznego. Pola te są wzajemnie związane a postrzeganie ich zależy też od obserwatora, wzajemną relację pól opisują Równania Maxwella. Własnościami pola elekromagnetycznego, jego oddziaływaniem z materią bada dział fizyki zwany elektrodynamiką. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako wirtualne fotony.

Spis treści

1 Siły pola
2 Własności pola
3 Transformata pola
- 3.1 Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe
  - 3.1.1 Stałe pole magnetyczne

[edytuj] Siły pola

Siłę jaka działa na ładunek elektryczny w polu elektromagnetycznym określa siła Lorentza:

$\mathbf{F} = q (\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B}),$

gdzie:

F - siła (w niutonach)
E – natężenie pola elektrycznego (w voltach / metr)
B - indukcja magnetyczna (w teslach)
q – ładunek elektryczny cząstki (w kulombach)
v – prędkość cząstki (w meterach na sekundę)
× - iloczyn wektorowy.

Siła działająca na ładunek od pola magnetycznego jest prostopadła do przesunięcia, dlatego nie wykonuje pracy. O zmianie energii (wykonanej pracy) ładunku elektrycznego decyduje tylko pole elektryczne:

$\Delta E = W = \mathbf{F} \cdot \mathbf s = q \mathbf E \cdot \mathbf s$

Wzór ten jest równoważny wzorowi na moc (P) wykonywaną przez pole nad ładunkiem (q) poruszającym się z prędkością (v):

$P = q \mathbf E \cdot \mathbf v$

[edytuj] Własności pola

Własności pól elektrycznych i magnetycznych opisują równania Maxwella. Z równań tych wynika że:

Źródłem pola elektrycznego są ładunki elektryczne (linie pola elektrycznego mogą rozpoczynać się i kończyć na ładunakach)
Pole magnetyczne jest bezźródłowe (linie sił pola magnetycznego są zamknięte)
Zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne (linie tego pola są zamkniete)
Przepływający prąd oraz zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne (linie tego pola są zamkniete)

Z własności 1 wynika, że pole elektryczne wytworzone przez ładunki elektryczne jest potencjalne.

[edytuj] Transformata pola

Pole elektryczne i magnetyczne ulega transformacie gdy zmieniany jest układ odniesienia opisujący zjawiska elektromagnetyczne.

Ogólnie równania transformacji pól elektrycznego i magnetycznego przy przejściu do układu poruszającego się z prędkoscią $\vec v$ określają równania.

$\vec{E}' = \gamma \left( \vec{E} + \vec{v} \times \vec{B} \right ) - \left (\frac{\gamma-1}{v^2} \right ) ( \vec{E} \cdot \vec{v} ) \vec{v}$

$\vec{B}' = \gamma \left( \vec{B} - \frac {\vec{v} \times \vec{E}}{c^2} \right ) - \left (\frac{\gamma-1}{v^2} \right ) ( \vec{B} \cdot \vec{v} ) \vec{v}$

Dla ruchu z prędkością $v$ wzdłuż osi x, składowe pól transformują się według:

$\displaystyle E'_x = E_x$

$E'_y = \gamma \left ( E_y - v B_z \right )$

$E'_z = \gamma \left ( E_z + v B_y \right )$

$\displaystyle B'_x = B_x$

$B'_y = \gamma \left ( B_y + \frac{v}{c^2} E_z \right )$

$B'_z = \gamma \left ( B_z - \frac{v}{c^2} E_y \right )$

gdzie:

$γ$ - czynnik Lorentza,
c - prędkość światła.

Wnioseki: Jeżeli w wybranym układzie odniesienia występuje pole elektryczne a nie występuje pole magnetyczne, to w układzie poruszającym się wzglądem niego z prędkością v istnieje pole magnetyczne:

$\vec{B}' = -\gamma \frac {\vec{v} \times \vec{E}}{c^2}$

Opisując oddziaływania elektromagnetyczne można tak wybrać układ odniesienia, by w pole magnetyczne lub pole elektryczne znikało (natężenie było równe zero).

Ten artykuł wymaga dopracowania.
Więcej informacji co należy poprawić, być może znajdziesz w dyskusji tego artykułu lub na odpowiedniej stronie. W pracy nad artykułem należy korzystać z zaleceń edycyjnych. Po naprawieniu wszystkich błędów można usunąć tę wiadomość.
Możesz także przejrzeć pełną listę stron wymagających dopracowania.

Siła składa się ze składowej pochodzącej od pola elektrycznego i pola magnetycznego. W wielu sytuacjach można pola te rozpatrywać oddzielnie, ale pola te są zatem od siebie wzajemnie uzależnione. Do tego wniosku doszedł szkocki fizyk James Clerk Maxwell. Udowodnił on, że pole elektryczne istnieje zawsze tam, gdzie zmienia się pole magnetyczne. Wykazał też, że zmienne pole elektryczne powoduje powstanie pola magnetycznego. Pola te przenikają się nawzajem tworząc tzw. pole elektromagnetyczne opisane równaniami Maxwella. Zmiany pola elektrycznego i magnetycznego rozchodzące się w przestrzeni (z prędkością 300 000 km/s w próżni) tworząc falę elektromagnetyczną. Do fal elektromagnetycznych należą m.in.:

[edytuj] Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe

Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe jest ropatrywany jako wpływ stałego pola magnetycznego, stałego pola elektrycznego, przepływu prądu elektrycznego przez organizm, wpływu zmiennych pól elektromagnetycznych czyli fal elektromagnetycznych.

[edytuj] Stałe pole magnetyczne

Wszystkie organizmy które żyją na Ziemi, podlegają działaniu ziemskiego pola magnetycznego. Ziemia jest gigantycznym magnesem, wytwarzającym wokół siebie stałe pole magnetyczne. Tkanka żywa jest na ogół mało podatna na działanie pola magnetycznego o takim natężeniu. Niektórzy badacze stwierdzją jednak, że silne pole magnetyczne ma wpływ na układ nerwowy u ludzi i zwierząt przejawia się opóźnionym czasem reakcji. Natomiast u roślin działanie silnego pola magnetycznego powoduje kurczenie się komórek i zmiany w błonach komórkowych.

U niektórych gatunków zwierząt np. owadów, ptaków lub ryb pole magnetyczne Ziemi odpowiada za orientację w przestrzeni (np. coroczne wędrówki ptaków do tych samych miejsc lęgowych różnie położonych geograficzne dla różnych gatunków). W organizmach tych zwierząt występują narządy pełniące funkcje biologicznych "kompasów" sprzężonych najprawdopodobniej z "zegarem biologicznym". Sztuczne zmiany wywołane np. przez przymocowanie do głowy ptaka miniaturowego magnesu, powodują utratę orientacji i chęć "podróży" w innym kierunku. Gdy izolowano rośliny i zwierzęta od wpływu ziemskiego pola magnetycznego, zaobserwowano u nich zakłócenia w ich biorytmie.