Pole elektromagnetyczne -
pole fizyczne
, stan przestrzeni w której na
obiekt fizyczny
mający
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
. Własności pola elektromagnetycznego, jego oddziaływanie z
materią
bada dział fizyki zwany
elektrodynamiką
. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne jest postrzegane jako wirtualne
fotony
.
Siły pola
Siłę jaka działa na ładunek elektryczny w polu elektromagnetycznym określa
siła Lorentza
:
gdzie:
Siła działająca na ładunek pochodząca od pola magnetycznego jest prostopadła do wektora przesunięcia s, dlatego nie wykonuje pracy. O zmianie energii (wykonanej pracy) ładunku elektrycznego decyduje tylko pole elektryczne:
Wzór ten jest równoważny wzorowi na moc P wykonywaną przez pole nad ładunkiem q poruszającym się z prędkością v:
Właściwości pola
Właściwości pól elektrycznych i magnetycznych wynikają z
równania Maxwella
. Z równań tych wynika, że:
- Źródłem pola elektrycznego są ładunki elektryczne (linie pola elektrycznego mogą rozpoczynać się i kończyć na ładunkach)
- Pole magnetyczne jest bezźródłowe (linie pola magnetycznego są zamknięte)
- Zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne (linie tego pola są zamknięte)
- Poruszające się ładunki (np. przepływający prąd) oraz zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne (linie tego pola są zamknięte)
Z własności 1 wynika, że pole elektryczne wytworzone przez ładunki elektryczne jest potencjalne.
Transformacja pola
Pole elektryczne i magnetyczne ulega przekształceniu gdy zmieniany jest układ odniesienia opisujący zjawiska elektromagnetyczne.
Ogólnie równania transformacji pól elektrycznego i magnetycznego przy przejściu do układu poruszającego się z prędkością określają równania
Dla ruchu z prędkością v wzdłuż osi x, składowe pól transformują się według
gdzie:
- γ -
czynnik Lorentza
,
- c -
prędkość światła
.
Wniosek:
Jeżeli w wybranym układzie odniesienia występuje pole elektryczne a nie występuje pole magnetyczne, to w układzie poruszającym się względem niego z prędkością v istnieje pole magnetyczne o indukcji
Opisując oddziaływania elektromagnetyczne można tak wybrać układ odniesienia, by pole magnetyczne lub pole elektryczne znikało (natężenie było równe zero).
Siła oddziaływania pola elektromagnetycznego na ładunek elektryczny można rozdzielić na składową pochodzącą od pola elektrycznego i na drugą pochodzącą od pola magnetycznego. W wielu sytuacjach można pola te rozpatrywać oddzielnie, ale pola te są od siebie uzależnione, co wynika z
równań Maxwella
. Zmiany pola elektrycznego i magnetycznego rozchodzą się w przestrzeni (z prędkością ok. 300 000 km/s w
próżni
) jako
fale elektromagnetyczne
.
Fale
elektromagnetyczne, ze względu na ich długość i wynikające stąd właściwości, dzieli się na:
Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe
Wpływ pola elektromagnetycznego na organizmy żywe jest rozpatrywany jako wpływ stałego pola magnetycznego, stałego pola elektrycznego, przepływu prądu elektrycznego przez organizm, wpływu zmiennych pól elektromagnetycznych czyli
fal elektromagnetycznych
.
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 stwierdzają jednak, że silne pole magnetyczne ma wpływ na
układ nerwowy
u
ludzi
i
zwierząt
i przejawia się opóźnieniem czasu 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 zaburzenia ich rozwoju.
Zobacz też
Linki zewnętrzne