Электрическое поле — Insch.Ru

Мы объясним, что такое электрическое поле, историю его открытия, как измеряется его напряженность и его формулу
Электрическое поле – это область пространства, измененная электрическим зарядом

Что такое электрическое поле?

Электрическое поле – это физическое поле или область пространства, которая взаимодействует с электрическими зарядами или заряженными телами посредством электрической силы. Его представление с помощью модели описывает, как различные тела и системы электрической природы взаимодействуют с ним

Говоря физическим языком, это векторное поле, в котором данный электрический заряд (q) подвергается воздействию электрической силы (F)

Эти электрические поля могут возникать либо из-за наличия электрических зарядов, либо из-за изменяющихся магнитных полей, как показали эксперименты британских ученых Мишеля Фарадея и Джеймса С. Максвелл

По этой причине электрические поля в современных физических представлениях рассматриваются вместе с магнитными полями, образуя электромагнитные поля

Таким образом, электрическое поле – это та область пространства, которая изменена присутствием электрического заряда. Если этот заряд положительный, он создает линии электрического поля, которые ‘рождаются’ в заряде и распространяются наружу в радиальном направлении. С другой стороны, если заряд отрицательный, то линии поля ‘умирают’ в заряде. Если заряд приблизить к области пространства, где существует электрическое поле, то он будет испытывать электрическую силу с направлением и чувством

История электрического поля

Концепция электрического поля была впервые предложена Мишелем Фарадеем , возникшая из необходимости объяснить действие электрических сил на расстоянии. Это явление стало ключом к его демонстрации электромагнитной индукции в 1831 году, которая доказала связь между магнетизмом электричеством

Более поздний вклад в электрическое поле внес Джеймс Максвелл, чьи уравнения описывали многочисленные аспекты электрической динамики этих полей, особенно в его ‘Динамической теории электромагнитного поля’ (1865)

Единицы измерения электрического поля

Электрические поля не поддаются прямому измерению с помощью какого-либо прибора. Но можно наблюдать их воздействие на заряд в их окрестности, т.е. можно измерить силу , действующую на заряд (интенсивность). Для этой цели используется ньютон/кулон (Н/К)

Формула электрического поля

Уравнение, связывающее электрическое поле E с силой, которую оно оказывает на заряд q, дается следующим уравнением:

F = qE

Где F – электрическая сила , действующая на электрический заряд q , внесенный в поле с напряженностью E . Обратите внимание, что и F, и E – векторные величины, имеющие направление и направленность

Отсюда можно продвинуться математически, применив закон Кулона, получив, что E = F/q = 1/4πϵ0 = (qi/r2).ȓi, где ȓi – единичные векторы, отмечающие направление прямой линии, соединяющей каждый заряд qi с каждым зарядом q

Напряженность электрического поля

Положительный электрический заряд создает электрическое поле наружу, а отрицательный – внутрь.

Напряженность электрического поля – это векторная величина, представляющая электрическую силу F, действующую на данный заряд в точной величине Ньютон/Кулон (Н/К). Эту величину часто называют просто электрическим полем, потому что само поле нельзя измерить, только его влияние на данный заряд

Для его расчета используется формула F = q.E с учетом того, что если заряд положительный (q > 0), то электрическая сила будет иметь тот же знак, что и поле, и q будет двигаться в том же направлении; если же заряд отрицательный (q < 0), то будет наоборот

Пример электрического поля

Простым примером расчета напряженности электрического поля является:

Если внести электрический заряд 5×10-6 C в электрическое поле, действующее с силой 0,04 Н, то с какой напряженностью действует это поле?

Применяя формулу E = F/q, получаем, что E = 0,04 Н / 5×10-6 C = 8 000 Н/C

Насколько безопасно место, где мы живем? Обзор измерителя электромагнитного поля Mustool MT525 / Инструменты / iXBT Live

Содержание

• Вступление
• Технические характеристики Mustool MT525
• Упаковка
• Внешний вид
• Тестирование
• Выводы

Вступление

Электромагнитные поля (ЭМП) являются неотъемлемой частью окружающего нас мира. В природе электрические поля, невидимые человеческому глазу, образуются в атмосфере при грозе. Магнитное поле нашей планеты указывает компасу в направлении «север» и «юг».

Электрическое поле появляется за счет разницы электрических напряжений, следовательно, чем выше напряжение, тем больше электрическое поле. Измеряется электрическое поле в вольтах на метр (В/м). Магнитное поле появляется там, где проходит электрический ток, следовательно, чем больше сила тока, тем больше магнитное поле. Сила магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м). Однако, для измерения магнитного поля, чаще используют подобную А/м единицу измерения – микротесла (мкТл, еденица измерения индукции магнитного поля). Обобщая вышесказанное можно дать такую формулировку ЭМП – это силовое поле, образованное вокруг электрического тока, эквивалентное электрическому полю и магнитному полю, расположенным под прямыми углами друг к другу.

Помимо природных источников ЭМП есть и искусственные, такие как: бытовые электроприборы, электрические инструменты, линии электропередач, электропроводка и прочие электрические устройства. Исследования воздействия ЭМП на организм человека проводятся с середины ХХ века. В современном мире каждый из нас окружен различными электрическими устройствами, которые являются источниками ЭМП. Более опасным является воздействие магнитного поля. Исследования, проведенные Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) показывают, что кратковременное воздействие низкочастотных ЭМП на организм человека не вызывает пагубных последствий. В то же время воздействие высокочастотных ЭМП могут вызвать проблемы со здоровьем. На основании данных исследований, был выработан норматив низкочастотного магнитного поля, имеющий значение в 0,2 мкТл.  Данный норматив в России, ссылаясь на «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям», имеет значение в 10 мкТл. К электрическому полю ВОЗ применяет норматив в 40 В/м, в России такой норматив имеет значение 50 В/м.

Для измерения электромагнитных полей применяются тестеры электромагнитного излучения. Одним из таких тестеров является «герой» сегодняшнего обзора — Mustool MT525. С помощью данного прибора определим: насколько безопасен наш дом, а также проверим самые распространенные электрические устройства на наличие допустимого излучения ЭМП.

Покупал данный прибор на Aliexpress, по ссылке ниже.

Покупал здесь           Другие модели измерителей электромагнитного поля

Цена на момент публикации: $20.00

Больше интересных товаров с Aliexpress вы найдете на моем канале в Telegram

Технические характеристики Mustool MT525

	Электрическое поле | Магнитное поле
Единица измерения	В/м (V/m) | мкТл (µT)
Дискретность	1 V/m | 0.01 µT
Диапазон измерения	1 V/m – 1999 V/m | 0.01 µT – 99.99 µT
Порог срабатывания сигнализации	40 V/m | 0.4 µT
Дисплей	3-1/2-digit LCD
Частотный диапазон	5 HZ – 3500 MHz
Время измерения	0. 4 секунды
Режим тестирования	Бимодульный синхронный тест
Условия эксплуатации	00C ~ 500C / 300F ~ 1220F, <80% RH
Питание прибора	3X1.5 V AAA батарейки
Размеры прибора	130*62*26 мм

Упаковка

Измеритель электромагнитного поля Mustool MT525 поставляется в небольшой картонной коробке.

На коробке указано название прибора, а также фирма-производитель данного устройства. Также имеется надпись «Electromagnetic Radiation Tester», что в переводе с английского означает «Тестер Электромагнитного Излучения».

Перевернув коробку, можно ознакомиться с основными техническими параметрами тестера.

В комплект поставки Mustool MT525 входит:

• Измеритель электромагнитного поля Mustool MT525;
• Инструкция к прибору.

Инструкция по использованию прибора написана на английском языке.

Внешний вид

Корпус прибора изготовлен из пластика. Габаритные размеры корпуса устройства, измеренные рулеткой:

На передней панели устройства расположен монохромный жидкокристаллический дисплей. Под дисплеем находится красный светодиод с надписью «Electromagnetic Radiation Tester». Светодиод срабатывает при превышении допустимого уровня электрического или магнитного поля.

Ниже экрана расположены три кнопки:

• Кнопка включения/отключения Mustool MT525;
• AVG/VPP;
• HOLD/BEEP.

При кратковременном нажатии кнопки «HOLD/BEEP» на дисплее фиксируются текущие показания тестера. При длительном нажатии кнопки «HOLD/BEEP» можно как включить, так и выключить звуковую сигнализацию превышения допустимого уровня ЭМП.

Кнопка «AVG/VPP» осуществляет переключение тестера в режим отображения средних или максимальных значений.

При кратковременном нажатии на кнопку включения/отключения тестера – загорается подсветка дисплея. При длительном нажатии данной кнопки можно включить либо выключить прибор.

На задней панели Mustool MT525 расположены:

• Четыре винта, скрепляющих корпус прибора;
• Отсек для батареек, типоразмера ААА;
• Этикетка с краткими техническими характеристиками.

Для питания прибора необходимо 3 батарейки, типоразмера ААА:

Перечень основной информации, которая отображается на дисплее прибора.

Тестирование

Перед началом тестирования, вспомним предельно допустимые нормы электромагнитного излучения, рекомендованные Всемирной организацией здравоохранения:

• Электрическое поле – не более 40 V/m;
• Магнитное поле – не более 0,2 µT.

Санитарные правила и нормативы в РФ:

• Электрическое поле – не более 50 V/m;
• Магнитное поле – не более 10 µT.

Установив батарейки и включив прибор, первым делом я протестировал своё рабочее место, где находится системный блок компьютера и монитор. При выключенном компьютере тестер показывал оба значения, электрического и магнитного поля, равными нулю. Включив персональный компьютер, я провел измерения. Расстояние тестера до монитора с системным блоком было около 50 см.

Тестер показал превышение допустимого уровня электрического поля в 8 раз. Показания прибора колебались в районе от 264 V/m до 281 V/m. Показания уровня излучения магнитного поля были в норме.

Затем я протестировал WI-fi роутер. Тестирование роутера на расстоянии 1 метра от прибора:

Показания уровня электрического и магнитного поля равны 0.

Тестирование роутера на расстоянии 10 см:

Тестер показал превышение допустимого уровня электрического поля со значением 190 V/m. Показания уровня излучения магнитного поля были в норме. Также следует учесть, что вблизи роутера был подключен его блок питания на 12 V 1 A.

Тестирование микроволновой печи. Данное устройство отличается повышенной мощностью в сравнении с другими бытовыми электроприборами. Микроволновка была включена в сеть, замер излучения ЭМП был произведен на расстоянии 1 метра от печки.

Замер излучения ЭМП вблизи печки:

Затем микроволновка была включена на максимальную мощность 850 W. Результат тестирования:

Прибор показал значительно превышение электрического поля, с результатами от 516 V/m до 522 V/m, а также превышение магнитного поля с результатами от 21.27 µT до 22.29 µT.

На расстоянии 1 метра от включенной микроволновой печи на максимальной мощности 850 W, прибор показал такой результат:

Тестирование мобильных телефонов. Для тестирования устройств мобильной связи были выбраны 2 устройства:

• Телефон «старого» поколения в лице Nokia 1200;
• Смартфон Apple Iphone 6S.

Проведем тест Nokia 1200 и Apple Iphone 6S в режиме «ожидания»:

На обоих телефонах значения электрического и магнитного поля равны 0. На Iphone был включен Wi-fi, а также мобильный интернет.

Затем были проведены замеры на телефонах при входящем вызове.

На современном смартфоне при входящем вызове превышения допустимого значения ЭМП замечено не было. Телефон «старого» поколения, напротив, показал превышение допустимого значения магнитного поля в диапазоне от 2.90 µT до 12.47 µT.

После проведенных тестов дома я отправился на улицу. Первым объектом для тестирования была выбрана трансформаторная подстанция на 10 кВ.

На расстоянии около 2-3 метров был произведен замер ЭМП.

Такое расстояние полностью безопасно для человека, показания тестера были равны 0.

Подойдя вплотную ко входу в трансформаторную подстанцию был произведён еще один замер.

Прибор показал превышение уровня магнитного поля со значением 5.53 µT.

Вблизи дома, где я живу (около 100-150 метров), находится вышка сотовой связи.

Естественно, были произведены замеры на превышение уровня ЭМП вблизи вышки.

Вышка сотовой связи оказалась полностью безопасной для человека, показания тестера были равны 0.

Затем был произведен тест возле столба линий электропередач.

Показания электрического и магнитного поля были равны 0.

Завершить мою прогулку решил замером ЭМП возле высоковольтной опоры линий электропередач.

Включив прибор, было выявлено незначительное превышение уровня электрического поля на расстоянии приблизительно 20 метров. Подходить ближе и делать замеры на близком расстоянии я не стал, так как опоры стоят на удаленном расстоянии от жилых домов и постоянного потока людей там нет.

Отойдя на расстояние более 40-50 метров показания электрического и магнитного поля были равны 0.

Выводы

С развитием современных технологий в нашей жизни становится все больше электрических устройств. Исследования на тему влияния электромагнитных излучений на тело человека продолжаются по сей день. Учеными доказано, что кратковременное воздействие ЭМП допустимого уровня не оказывает пагубного воздействия на человека. Однако, при воздействии ЭМП выше допустимых норм, существует вероятность получить негативные последствия для своего организма, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

Проведя тесты на излучение ЭМП компьютера, микроволновой печи, мобильных телефонов, подстанций и вышек сотовой связи можно сделать вывод, что при соблюдении рекомендаций ВОЗ, влияние ЭМП на организм человека, можно свести к минимуму. Как пример, можно взять микроволновую печь. Микроволновая печь является одним из самых мощных источников ЭМП в доме. Однако, она становится практически полностью безопасной, на расстоянии одного метра.

С более детальными рекомендациями и результатами исследований воздействия ЭМП можно ознакомиться на официальном сайте Всемирной организации здравоохранения. 

Глоссарий: Электрическое поле

Главная » Глоссарий » DEF » Электрическое поле

Электрическое поле

Определение:

Электрическое поле – это невидимое силовое поле, создаваемое притяжением и отталкивание электрических зарядов (причина электрического тока) и измеряется в Вольт на метр (В/м).

Напряженность электрического поля уменьшается по мере удаления от поля источник.

Статическое электрическое поле (также называемое электростатическим полем) электрическое поле, не изменяющееся во времени (частота 0 Гц). Статическое электричество поля создаются электрическими зарядами, фиксированными в пространстве. Они есть отличается от полей, которые меняются со временем, например электромагнитных полей. генерируется приборами, использующими переменный ток (AC), или мобильными телефонами и т. д.

Источник: GreenFacts

Подробнее:

Когда прикроватная лампа подключена к сети, т.е. через розетку есть только электрическое поле. Электрическое поле может быть по сравнению с давлением внутри шланга, когда он подключен к воде система подачи и кран закрыт. Электрическое поле связано с напряжением единицей которого является вольт. Он возникает при наличии электрических зарядов и измеряется в вольтах на метр (В/м). Чем больше мощность источника прибора, тем больше напряженность результирующего электрического поля.

При включении лампы, т. е. при протекании тока через В кабеле питания есть как электрическое, так и магнитное поле. магнитное поле возникает в результате прохождения тока (т.е. движения электроны) по электрическому проводу. В примере со шлангом магнитное поле соответствовало бы прохождению воды по трубе. единицей поля магнитной индукции является Тесла (Тл). Тем не менее, магнитный поля, которые обычно измеряются, находятся в диапазоне микротесла (мкТл) то есть одна миллионная Теслы. Иногда используется еще одна единица измерения. Гаусс (G). Один Гаусс равен 100 микротесла.

При выключении (слева): электрическое поле

При включении (справа): электрическое и магнитное поле

Источник: ББЭМГ Электрическое поле и магнитное поле

Related words:

Magnetic field — Electromagnetic fields (EMF)

Translation(s):

Deutsch: Elektrisches Feld
Español: Campo eléctrico
Français: Champ électrique

Related publications:

ABC — DEF — GHI — JKL — MNO — PQRS — TUV — WXYZ

Рассматриваемые темы

Публикации A-Z

Присоединяйтесь!

Этот обзор бесплатный и не содержит рекламы, как и весь наш контент. Вы можете помочь нам оставаться свободными и независимыми, а также разрабатывать новые способы распространения науки, став Покровителем!

СТАНЬ ПАТРОНОМ!

Видео

Просмотреть все

Метрология электрического поля | NIST

Технология

Первая паровая ячейка с оптоволоконной связью для измерения электронного поля с использованием ридберговских атомов.

Кредит: НИСТ

Новые прототипы NIST используют принципиально новый подход к измерению высокочастотных электрических полей. Устройства используют свойства ридберговских атомов, чьи внешние электроны находятся на очень высоких орбитах вокруг атомного ядра. Очень чувствительные к электрическим полям ридберговские атомы могут измерять поля как вдали, так и вблизи. Прототипы теперь меньше кусочка сахара и могут уменьшиться еще больше.

В прототипе два лазерных луча с разными длинами волн пересекаются в паровой ячейке, содержащей ридберговские атомы такого элемента, как цезий. Из-за квантово-механических эффектов атомы становятся прозрачными для первого («зондового») луча. Но когда к атомам прикладывается электрическое поле радиочастотной (РЧ) волны, поле изменяет спектр зондирующего луча — эффект, который легко измерить и прямо пропорционален приложенному электрическому полю.

Очень точные измерения электрического поля возможны при помещении атомов двух разных элементов в испарительную ячейку. Поскольку каждый элемент по-своему реагирует на идентичное электрическое поле, их сравнение может значительно снизить погрешность измерений.

Недавно исследователи NIST разработали метод измерения фазы электрического поля и продемонстрировали способность обнаруживать фазомодулированные сигналы, которые обычно используются в системах связи. Этот метод позволяет получить полную характеристику электрического поля и модулированных сигналов с помощью одного компактного датчика, то есть он может измерять несколько свойств поля, включая амплитуду, фазу и поляризацию.

В настоящее время эти устройства могут определять напряженность электрического поля примерно до 46 мкВ/м ± 2 мкВ/м, что обеспечивает более высокую чувствительность (примерно в 100 раз выше) и меньшую неопределенность (около 4%), чем существующие коммерческие приборы. Эта технология потенциально может выполнять отслеживаемые калибровки электрических полей радиоволн с частотами выше 110 ГГц, что в настоящее время недоступно.

Преимущества перед существующими методами

Обычные датчики электрического поля традиционно сталкиваются с дилеммой курицы и яйца: для калибровки датчика необходимо опорное электрическое поле, значения которого точно известны. Но чтобы иметь известное поле, вам нужен калиброванный зонд. Эта потребность в калибровке ограничивает точность и увеличивает количество ошибок.

Даже самые лучшие коммерческие приборы производят измерения с погрешностью не менее 10 % от измеренного значения. Неопределенности такого масштаба слишком велики для строгих потребностей многих критических будущих приложений в промышленности и науке.

Напротив, прототипы NIST имеют гораздо более низкую неопределенность, порядка 4%. Они могут ощущать электрические поля в сто раз слабее, чем обычные устройства. И в отличие от традиционных датчиков, они могут измерять частоты в диапазоне сотен гигагерц, что так важно для современных приложений.

Приложения

Системы беспроводной связи и радиолокации следующего поколения будут работать на сверхвысоких электромагнитных частотах и ​​требуют точного распознавания и усиления очень коротких сигналов. Точное измерение электрических полей может привести к технологическому прогрессу в этих системах.

Основные документы

C.L. Холлоуэй, М.Т. Саймонс, А.Х. Хаддаб, Дж.А. Гордон, Д.Р. Новотный. Встраивание ридберговского датчика на основе атома в антенну для обнаружения фазы и амплитуды радиочастотных полей и модулированных сигналов. Журнал доступа IEEE. 22 октября 2019 г. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2949017

М.Т. Саймонс, А.Х. Хаддаб, Дж.А. Гордон, К.Л. Холлоуэй. Приложения с радиочастотной антенной/приемником на основе Rydberg Atom. Материалы Международной конференции IEEE по электромагнитной совместимости. 2 сентября 2019 г. DOI: 10.1109/EMCEurope.2019.8872108

J.A. Гордон, К.Л. Холлоуэй, М.Т. Саймонс, А. Х. Хаддаб. Обнаружение слабого электрического поля с разрешением менее 1 Гц на радиочастотах с использованием смесителя на основе атома Ридберга. Письма по прикладной физике. 25 апреля 2019 г. DOI: 10.1063/1.5095633

C.L. Холлоуэй, М.Т. Саймонс, А.Х. Хаддаб, Дж.А. Гордон. Смеситель на основе атома Ридберга: измерение фазы радиочастотной волны. Письма по прикладной физике. 18 марта 2019 г.. DOI: 10.1063/1.5088821

М.Т. Саймонс, М.Д. Каутц, А.Х. Хаддаб, Дж.А. Гордон, К.Л. Холлоуэй, Т.П. Кроули. Измерения ВЧ-мощности на основе атома Ридберга. Симпозиум Ассоциации методов измерения антенн (AMTA), 2018 г. 4 ноября 2018 г. 

Основные патенты

D.