Электромагнитное поле, его виды и классификация

На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины «электрическое поле», «магнитное поле», «электромагнитное поле». Коротко поясним, что это означает и какая связь существует между ними. Электрическое поле создается зарядами. Например, во всех известных школьных опытах по электризации эбонита присутствует как раз электрическое поле. Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику (рисунок 1).

Рисунок 1.1 - Электромагнитное поле

Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженности электрического поля, обозначение Е, В/м (Вольт/метр). Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, А/м (Ампер/метр). При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитной индукции В, Тл (Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

По определению, электромагнитное поле (ЭМП) – это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н – вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц ЭМП «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны, обозначение – λ (лямбда). Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуется частотой – f.

Важная особенность ЭМП – это деление его на так называемую «ближнюю» и «дальнюю» зоны. В «ближней» зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r < λ ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату r² или кубу r³ расстояния. В «ближней» зоне излучения электромагнитная волна еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущей составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение.

«Дальняя» зона – это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3λ. В «дальней» зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r. В «дальней» зоне излучения есть связь между Е и Н: Е = 377Н, где 377 – волновое сопротивление вакуума, Ом. Поэтому измеряется, как правило, только Е.

На частотах выше 300 МГц обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойтинга. Обозначается как S, единица измерения Вт/м². ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

Таблица 1.1. Международная классификация электромагнитных волн по частотам